Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://hit-conf.imec.msu.ru/2012/abstracts/SidorovA.S..doc Дата изменения: Sun Jun 14 09:32:07 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:42:40 2016 Кодировка: koi8-r

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ВЕРТИКАЛЬНОМ СЛОЕ
МАГНИТНОГО КОЛЛОИДА


1А.А. Божко, 1Г.Ф. Путин, 1А.С. Сидоров, 2С.А. Суслов


1Пермский государственный национальный исследовательский университет,
Пермь


2Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia


С помощью негравитационного термомагнитного механизма конвекции можно
управлять теплопереносом в магнитных жидкостях в ситуациях, когда обычные
силы плавучести не эффективны, например, в условиях невесомости и в
микроэлектронике, а также интенсифицировать теплообмен в наземных условиях.
В работе рассматривается вертикальный подогреваемый с одной из широких
боковых сторон слой магнитной жидкости, помещенный во внешнее однородное в
пространстве и постоянное во времени магнитное поле, который может служить
универсальной моделью теплообменника [1]. Проведено экспериментальное и
теоретическое изучение взаимодействия термомагнитных и термогравитационных
конвективных движений для полостей с различными отношениями высоты слоя к
толщине [2].
В экспериментах использовалась конвективная камера в форме
параллелепипеда толщиной 4,0(0,1 мм и размерами сторон 250 мм и 70 мм. В
качестве широких боковых сторон слоя служили латунный и плексигласовый
теплообменники. Опыты проводились при двух положениях камеры. В первом
случае высота слоя соответствовала длинной стороне камеры (250 мм), во
втором - короткой стороне (70 мм). Для визуализации течений использовался
жидкокристаллический термоиндикатор, работавший в диапазоне 17-220C с
изменением окраски от коричневой через зеленую до синей при повышении
температуры. Для количественных измерений температуры внутри жидкости
использовались две дифференциальные медь-константановые термопары. ЭДС
термопар регистрировались прибором "Термодат" с точностью измерения
температуры 0,01 К, который опрашивался при помощи программы, накапливающей
измерения в текстовых файлах и базе данных, и осуществляющей их графическое
представление. Опыты выполнялись с магнитной жидкостью на основе керосина с
плотностью 1.44(103 кг/м3, динамической вязкостью 7.66(10-3 кг/(м?с),
начальной магнитной восприимчивостью 2.88, намагниченностью насыщения
43 кА/м и средним размером частиц 10 нм. Однородное магнитное поле
напряженностью до 35 кА/м создавалось при помощи катушек Гельмгольца.
Основными управляющими параметрами в случае тепловой конвекции в
вертикальном слое, помещенном в поперечное магнитное поле, являются
гравитационное и магнитное числа Грасгофа. На рис. 1 приведена
экспериментальная карта устойчивости основного подъемно-опускного течения в
координатах приложенного магнитного поля Н и поперечного перепада
температур ?T. В области "а" карты реализуется первичное течение,
фотография которого показана на рис. 1 (а). При увеличении магнитного числа
Грасгофа (в опытах ?T или Н) возникает термомагнитное течение в виде
вертикальных валов, оси которых ориентированы вдоль базового потока
(рис. 1 (б)). Обнаружены режимы термомагнитных волн предсказанные в [1].
Критические волновые числа и скорость термомагнитных волн, полученные в
экспериментах, согласуются с теоретическими расчетами.



[pic] [pic]

(а) (б)
Рис. 1. Карта устойчивости первичного термогравитационного подъемно-
опускного течения в однородном внешнем магнитном поле: 1, 2 - высота слоя
250 мм; 3, 4 - высота слоя 70 мм (закрашенные символы - обогрев со стороны
латунного теплообменника, пустые символы - обогрев со стороны
плексигласового теплообменника); (а) - ?Т = 20 К, Н = 10.5 кА/м, (б) -
?Т = 20 К, Н = 21 и 35 кА/м.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Suslov S.A. Thermomagnetic convection in a vertical layer of
ferromagnetic fluid // Phys. Fluids. 2008. V. 20. P. 084101 -084136.
2. Suslov S.A., Bozhko A.A., Putin G.F., Sidorov A.S. Interaction of
gravitational and magnetic mechanisms of convection in a vertical layer of
a magnetic fluid // J. Physics Procedia. 2010. V. 9. P. 167-170.