ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОМАГНИТНОЙ КОНВЕКЦИИ В МАГНИТНОМ КОЛЛОИДЕ
Автор: Андрей Владимирович Чернышов
Организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Кавказский федеральный университет»
Целью данного исследования является изучение процесса возникновения конвекции при различных режимах нагрева, а также зависимость развития конвективных течений в магнитной жидкости при воздействии магнитного поля, приложенного перпендикулярно тепловому потоку.
Экспериментальная установка представляла собой прямоугольную кювету, выполненную из оргстекла, нижняя и верхняя границы кюветы представляют из себя алюминиевые пластины. Передняя часть кюветы была сделана из пластиковой пленки, прозрачной для ИК диапазона. После чего кювета помещалась в электромагнит, нижняя пластина нагревалась при помощи керамических резисторов, а также теплоизолировалась, верхняя же пластина термостатировалась, на нее были укреплены массивные радиаторы, которые обдувались при помощи вентилятора. Все измерения записывались на тепловизор FLIR E40.
В данной работе экспериментально исследовалось явление термомагнитной конвекции в плоском квазидвумерном прямоугольном слое магнитной наножидкости, подогреваемого снизу. Внешнее магнитное поле было ориентированно перпендикулярно тепловому потоку, а плоскость слоя магнитной жидкости лежала вдоль линий магнитной индукции поля. Был исследован характер теплопереноса в магнитной жидкости на основе керосина в зависимости от величины магнитного поля, а также при различных режимах нагрева. Кроме того, исследовался магнитный коллоид, дисперсионной средой которого является вода.
Было показано, что критическое число Рэлея, при котором возникает неустойчивость горизонтального граничного слоя, зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Причем, при ориентации внешнего магнитного поля перпендикулярно тепловому потоку критическое число Рэлея возрастает.
Характер конвективных течений: сверху слева – естественная конвекция жидкости на основе керосина, слева снизу – термомагнитная конвекция жидкости на основе керосина, сверху справа – естественная конвекция жидкости на основе воды, справа снизу – термомагнитная конвекция жидкости на основе воды.
Экспериментально обнаружено, что теплообмен за счет процесса тепловой конвекции в поперечном тепловому потоку магнитном поле уменьшается, а течение тепловых потоков стабилизируется по сравнению с естественной конвекцией и происходит уширение ячеек Бенара для магнитной жидкости на основе керосина.
Исследован теплообмен магнитной жидкости на воде в магнитном поле различной величины. Установлено, что магнитное поле также подавляет процесс тепловой конвекции, при малых значениях магнитного поля конвективные ячейки увеличиваются в ширине, а при больших значениях поля конвекция вовсе не возникает, и теплоперенос идет за счет теплопроводности.
