Термомагнитная конвекция - Thermomagnetic convection

Феррожидкости можно использовать для передача тепла, так как тепло и общественный транспорт в таких магнитных жидкостях можно управлять с помощью внешнего магнитное поле.

Б. А. Финлейсон впервые объяснил в 1970 г. (в своей статье «Конвективная неустойчивость ферромагнитных жидкостей», Журнал гидромеханики, 40: 753-767), как внешнее магнитное поле накладывается на феррожидкость с изменяющейся магнитная восприимчивость, например, из-за градиента температуры, приводит к неоднородной силе магнитного тела, что приводит к термомагнитная конвекция. Эта форма теплопередачи может быть полезна в случаях, когда обычные конвекция не может обеспечить адекватную теплопередачу, например, в миниатюрных микромасштабных устройствах или в условиях пониженной гравитации.

Группа Озоэ изучала термомагнитную конвекцию экспериментально и численно. Они показали, как усилить, подавить и инвертировать режимы конвекции.[1][2][3] Они также выполнили масштабный анализ парамагнитных жидкостей в условиях микрогравитации.[4]

Всесторонний обзор термомагнитной конвекции (в A. Mukhopadhyay, R. Ganguly, S. Sen, and И. К. Пури, «Масштабный анализ для характеристики термомагнитной конвекции», Международный журнал тепломассообмена 48: 3485-3492, (2005)) также показывает, что эту форму конвекции можно соотнести с безразмерным магнитным Число Рэлея. Впоследствии эта группа объяснила, что движение жидкости происходит из-за наличия Сила тела Кельвина в котором есть два условия. Первый член можно трактовать как магнитостатическое давление, а второй важен только при наличии пространственного градиента восприимчивости флюида, например, в неизотермической системе. Более холодная жидкость, которая имеет большую магнитную восприимчивость, притягивается к областям с большей напряженностью поля во время термомагнитной конвекции, которая вытесняет более теплую жидкость с меньшей восприимчивостью. Они показали, что термомагнитную конвекцию можно соотнести с безразмерным магнитным числом Рэлея. Передача тепла благодаря этой форме конвекции может быть намного более эффективной, чем конвекция, вызванная плавучестью, для систем с небольшими размерами.[5]

Феррожидкость намагничивание зависит от местного значения приложенного магнитного поля ЧАС а также от магнитной восприимчивости жидкости. В потоке феррожидкости, охватывающем различные температуры, восприимчивость является функцией температуры. Это создает силу, которая может быть выражена в Навье – Стокса или уравнение количества движения, управляющее потоком жидкости как «объемная сила Кельвина (KBF)».

KBF создает поле статического давления, симметричное относительно магнита, например линейного диполя, которое создает завиток -свободное силовое поле, т.е. rot (ℑ) = 0 для постоянной температуры подачи. Такое симметричное поле не изменяет скорость. Однако, если распределение температуры относительно наложенного магнитного поля асимметрично, то и KBF в этом случае rot (ℑ) 0. Такая асимметричная объемная сила приводит к движению феррожидкости поперек изотермы.

Рекомендации

  1. ^ Беднарз, Томаш; Тагава, Тосио; Канеда, Масаюки; Озоэ, Хироюки; Шмид, Януш С. (2004). «Магнитная и гравитационная конвекция воздуха с катушкой, наклоненной вокруг оси X». Числовая теплопередача, часть A: приложения. 46 (1): 99–113. Bibcode:2004НТА ... 46 ... 99Б. Дои:10.1080/10407780490457464. S2CID  119902658.
  2. ^ http://www.htsj.or.jp/TSE/TSE_14_4/TSE_14_4_7.pdf
  3. ^ Беднарз, Томаш; Паттерсон, Джон С .; Лэй, Чэнван; Озоэ, Хироюки (2009). «Повышение естественной конвекции в кубе с помощью сильного магнитного поля - экспериментальные измерения скорости теплопередачи и визуализация потока». Международные коммуникации в тепло- и массообмене. 36 (8): 781–786. Дои:10.1016 / j.icheatmasstransfer.2009.06.005.
  4. ^ Bednarz, Tomasz P .; Линь, Вэньсянь; Паттерсон, Джон С .; Лэй, Чэнван; Армфилд, Стивен В. (2009). «Масштабирование нестационарного термомагнитного конвективного пограничного слоя парамагнитных жидкостей Pr> 1 в условиях микрогравитации». Международный журнал тепла и потока жидкости. 30 (6): 1157–1170. Дои:10.1016 / j.ijheatfluidflow.2009.08.003.
  5. ^ Phys. Fluids 16, 2228 (2004); DOI: 10.1063 / 1.1736691 (9 страниц)