Тепловая конвекция магнитных жидкостей в гравитационном и магнитном полях

• Автор: Божко, Александра Александровна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 204 с. : 85 ил.

1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность проблемы и направление исследований
1.2. Цель работы
1.3. Новизна, научная и практическая значимость работы
1.4. Апробация работы и структура диссертации
1.5. Перечень используемых величин
2. О МЕХАНИЗМАХ ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА
В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
4. ГРАВИТАЦИОННАЯ КОНВЕКЦИЯ В МАГНИТНЫХ КОЛЛОИДАХ
4.1. Горизонтальный слой
4.2. Наклонный слой
4.3. Шаровая полость
5. КОНВЕКЦИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
5.1. Обзор работ по термомагнитной конвекции
5.2. Конвективная неустойчивость и теплоперенос
в поперечном магнитном поле
5.2.1. Горизонтальный слой
5.2.2. Вертикальный слой
5.2.3. Наклонный слой
5.3. Конвекция в продольном магнитном поле
5.3.1. Горизонтальный слой
5.3.2. Наклонный слой
5.4. Конвекция в шаровой полости
5.4.1. Термомагнитная неустойчивость при нагреве сверху
5.4.2. Стабилизирующий эффект при подогреве снизу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность проблемы и направление исследований
Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой
стабилизированные коллоидные дисперсии ферромагнетиков в
жидкости-носителе. Вследствие того, что магнитный момент
однодоменных ферромагнитных частиц (размер около 10 нм) примерно в 105 раз больше, чем у ионов переходных и редкоземельных металлов, растворы солей которых обладают наиболее сильными магнитными свойствами, магнитная восприимчивость МЖ во столько же раз больше. Ранее в магнитной гидродинамике ввиду малости эффектов, связанных с намагничиванием среды, рассматривались только явления, обусловленные взаимодействием токов проводимости с магнитным полем. В этом отношении феррогидродинамика магнитной жидкости представляет собой противоположный безындукционному приближению традиционной магнитной гидродинамики случай. В МЖ на первый план выступают движущие пондеромоторные силы, возникающие вследствие неоднородности намагниченности среды, и «тормозящие» силы, являющимися следствием деформаций магнитного поля, индуцируемых течением жидкости.
Получение стабильных магнитных коллоидов выдвинуло ряд новых фундаментальных проблем по воздействию магнитного поля на свойства и структуру коллоидных дисперсий ферромагнетиков и привело к многообразным приложениям в приборостроении, медицине, биотехнологии. МЖ применяются в датчиках ускорений, горизонтального положения, давления, вибраций. Пондеромоторные силы, возникающие в ферроколлоиде в магнитном поле, используются в сепараторах, акустических устройствах, демпферах, магнитоприводах, термомагнитных преобразователях энергии. Возможность локализации

h =—£

Здесь Vo ~ объем магнитной частицы, Ар = рм - рж - разность плотностей магнитных частиц и жидкости-носителя.
Отметим, что влияние концентрационных эффектов на конвективную неустойчивость нашло отражение в теории лишь в последние годы, причем во внимание в этих работах принимался часто либо термо- и магнитодиффузионный [1.33-1.35], либо седиментационный механизмы переноса частиц [1.36, 1.37]. Однако, как показали эксперименты [2.79], в большинстве случаев перечисленные способы генерации градиентов концентрации оказываются взаимосвязанными между собой, что приводит к сложной пространственно-временной динамике, в том числе, к спонтанному затуханию и последующему самовозбуждению течения.
Помимо большого числа управляющих параметров, описывающих конвекцию в магнитных коллоидах, коэффициенты, входящие в эти безразмерные комплексы могут зависеть от многих факторов. В качестве примера рассмотрим коэффициенты вязкости и термодиффузии.
Известно, что в коллоиде при наличии сдвигового течения градиент скорости будет индуцировать вращение магнитных частиц, взвешенных в жидкости [1.38]. В случае броуновского механизма релаксации [1.39] при помещении МЖ в магнитное поле магнитные моменты частиц выстраиваются вдоль направления поля. Если приложенное магнитное поле направлено перпендикулярно завихренности течения, то оно будет тормозить вращение частиц, что приведет к увеличению эффективной вязкости [1.40, 1.41]. Частицы