ФАКТОР ФОРМЫ В ЗАДАЧАХ О СЕГРЕГАЦИИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ

Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет

Рисунок 1. а - схематическое представление области решения, б - магнитный цилиндр в магнитной жидкости, в - зависимость магнитной силы, действующей на магнит, от перемещения вдоль оси z.

 Работа посвящена численному исследованию фактора формы в задачах о сегрегации магнитной жидкости. Рассматриваемая геометрия представляет собой полость цилиндрической формы, заполненной в начальный момент времени однородной магнитной жидкостью (Рисунок 1а). В жидкости размещается исследуемый парамагнитный образец с сечением в форме правильного многоугольника. Помещенный во внешнее однородное магнитное поле материал образца намагничивается, что приводит к появлению градиентов модуля напряженности и, как следствие, концентрации магнитной жидкости. Возникающие неоднородности создают нескомпенсированное давление на поверхность магнитного материала, приводящее к появлению выталкивающей силы [1].

Величина и направление этой силы, а также степень сегрегации магнитной жидкости, находятся в зависимости от интенсивности внешнего поля, формы и положения образца. Помимо анализа соответствующих зависимостей было определено положение нейтральной «плавучести» для различных форм погруженного объекта [2].

Результаты расчетов подкреплены экспериментальными исследованиями. Достигнуто хорошее совпадение предсказанных и наблюдаемых значений силы в различных вертикальных положениях алюминиевого цилиндра [3].

 Результаты работы помогут лучше понять седиментационные процессы, протекающие в акселерометрах и уплотнителях, использующих в качестве рабочих сред магнитную жидкость.

1.        Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. М.: Мир, 1989. 357 с.

2.        Kuznetsov A. A. Pshenichnikov A. F. Sedimentation equilibrium of magnetic nanoparticles with strong dipole-dipole interactions // Physical Review E. 2017. №. 95, С. 032609.

3.        Пшеничников А. Ф. и др. Сила, действующая на немагнитное тело в магнитной жидкости // Вестник Пермского университета. Физика. 2018. №. 3 (41). 

Евгений Сергеевич Попов

• Подробнее...

Численное моделирование естественной конвекции псевдопластичной наножидкости в полости с локальным нагревателем и пористыми ребрами

Томский государственный университет

Работа посвящена численному исследованию естественной конвекции псевдопластичной наножидкости, состоящей из смеси карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ) с водой и наночастицами меди. Хладагент заполняет квадратную замкнутую полость, горизонтальные и часть вертикальных стенок – адиабатические, оставшаяся часть вертикальных стенок поддерживается при постоянной низкой температуре T_c. На нижней стенке полости расположен локальный источник постоянного объемного тепловыделения Q внутри твердой положки. С целью интенсификации теплоотвода используются пористые ребра, материалом которых является металлическая пена.

 Псевдопластичное поведение используемой жидкости описывается степенным законом Оствальда-де-Вилля. Эффективные параметры наножидкости вычисляются на основе экспериментальных корреляций, отражающих влияние температуры. Математическая модель построена с использованием законов сохранения массы, импульса и энергии в преобразованных безразмерных переменных «функция тока – завихренность» на основе приближения Буссинеска для описания влияния выталкивающей силы и модели Дарси–Бринкмана для описания транспортных процессов внутри пористых ребер. Разработанный вычислительный код был протестирован на множестве сеток, а также на основе решения модельных задач. Полученное хорошее согласование с экспериментальными и теоретическими результатами других авторов позволило использовать разработанный алгоритм для решения рассматриваемой задачи.

В ходе численных исследований был проведен анализ влияния определяющих параметров (количество пористых ребер, пористость и проницаемость металлической пены) на гидродинамику и теплоперенос с использованием изолиний функции тока и температуры, а также значений средней температуры внутри источника. Показана возможность интенсификации теплоотвода от источника энергии при использовании пористых ребер.

Исследование выполнено при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030).

Дарья Сергеевна Лоенко

• Подробнее...