Конвекция магнитной жидкости в замкнутом гидродинамическом контуре
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-2-14-22Ключевые слова:
конвективная петля, магнитная жидкость, термомагнитная конвекция, температурные измерения, конвективный теплопереносАннотация
Экспериментально исследована тепловая конвекция феррожидкости в замкнутом гидродинамическом контуре, нагреваемом сбоку, при наложении неоднородного магнитного поля на участок контура вблизи электрического нагревателя. Неоднородное магнитное поле напряженностью до 24 кА/м создается постоянным магнитом типа «неодим-железо-бор», снабженным ферритовыми полюсными наконечниками. Для температурных измерений используются миниатюрные медь-константановые термопары. Измеряются распределение температур вдоль контура и перепады температур по обе стороны нагревателя. Трубы контура обдуваются потоком термостатированного воздуха, обеспечивающего постоянный коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности труб и экспоненциальное распределение температуры вдоль контура. Определенный в опытах показатель экспоненты используется для получения информации об интегральном осевом потоке тепла (числе Нуссельта). Опыты проведены на ундекане в режиме обычной гравитационной конвекции и на коллоидном растворе магнетита в керосине умеренной концентрации в режиме смешанной (гравитационной и термомагнитной) конвекции в диапазоне чисел Релея 103–104. Выполнена оценка характерных магнитных чисел Релея с учетом размагничивающих полей. Для всех режимов построена зависимость числа Нуссельта, нормированного на коэффициент теплоотдачи, от теплового числа Релея. Показано, что термомагнитная конвекция увеличивает интенсивность теплообмена в 4–6 раз.Библиографические ссылки
Neurlinger J. L., Rosensweig R. E, Ferrohydrodynamics. Phys. Fluids, 1964, vol. 7, no. 12, pp. 1927–1937. DOI: 10.1063/1.1711103
Shliomis M. I. Magnetic Fluids. Sov. Phys. Usp, 1974, vol. 17, p. 153.
Blums E., Cebers A., Maiorov M. Magnetic Fluids, Walter de Gruyter, Berlin, 1997.
Blums E. Heat and mass transfer phenomena. J. Magn. Magn. Mater., 2002, vol. 252. pp. 189–193. DOI: 10.1016/S0304-8853(02)00617-0
Berkovsky B. M., Medvedev V. F., Krakov M. S. Magnetic Fluids, Oxford Un. Press, Oxford, 1993.
Shlioms M. I., Smorodin B. L. Convective instability of magnetized ferrofluids. J. Magn. Magn. Mater., 2002, vol. 252, pp. 197–202.
Krakov M. S., Nikiforov I. V., Rekos A. G. Influence of the uniform magnetic field on natural convection in cubic enclosure: Experiment and numerical simulation. J. Magn. Magn. Mater., 2005, vol. 289, P. 272–274.
Bozhko A. A., Krauzima M. T., Putin G. F. Irregular oscillations near the convection threshold in magnetic nanofluid. Bulletin of Perm State University. Series: Physics, 2013, no. 3, pp. 43–49. (In Russian)
Sidorov A. S. Convection flows in plain vertical layer of ferrofluid in the presence of external uniform magnetic field. Bulletin of Perm State University. Series: Physics, 2012, no. 2, pp. 24–29. (In Russian)
Krauzina M. T., Bozhko A. A., Krauzin P. V., Suslov S. A. Complex behavior of nanofluid near thermal convection onset: its nature and features. Int. J. Heat Mass Trans., 2017, vol. 104, pp. 688–692. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2016.08.106
Krauzina M. T., Bozhko A. A., Krauzin P. V., Suslov S. A. The use of ferrofluids for heat removal: Advantage or disadvantage? J. Magn. Magn. Mater., 2017, vol. 431, pp. 241–244. DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.08.085
Lian W., Xyan Y., Li Q. Characterization of miniature authmatic energy transport devices based on the thermomagnetic effect. Energy Conversion and Management, 2009, vol. 50. pp. 35–42. DOI: 10.1016/j.enconman.2008.09.005
Blums E, Mezulis A., Kronkalns G. Magnetoconvective heat transfer from a cylinder under the influence of nonuniform magnetic field. J. Phys. Condensed Matter, 2008, vol. 20, no. 20, pp. 204128. DOI: 10.1088/0953-8984/20/20/204128
Zablockis D., Frishfelds V., Blums E. Investigation of heat efficiency of thermomagnetic convection in ferrofluids. Magnetohydrodynamics, 2009, vol. 3, no. 3, pp. 371–376.
Starovoitov V. A. Magnetic fluid cooling of electrical machines. Bulletin KuzSTU, 2005, vol. 46, no. 2, pp. 20–23.
Shaidurov G. F. Convective liquid stability in closed circuits. Int. J. Heat Mass Trans., 1968, vol. 111, no. 2, pp. 235–239
Creveling H. F., De Paz J. F., Baladi J. Y., Schoenhals R. J. Stability characteristics of a single–phase free convection loop. J. Fluid Mech., 1975, vol. 67. no. 1, pp. 65–84. DOI: 10.1017/S0022112075000171
Schoenhals R. J., Damerell P. S. Flow in a toroidal thermosyphon with angular displacement of heated and cooled sections. J. Heat Trans., 1979, vol. 101, no. 4, pp. 672–676. DOI: 10.1115/1.3451055
Ehrhard P., Muller U. Dynamical behavior of natural convection in a single–phase loop. Journal of Fluid Mechanics, 1990, vol. 217, pp. 487–518. DOI: 10.1017/S0022112090000817
Drozdov S. M. Simulation of the onset on nonstationary and chaos in a hydrodynamic system governed by a small number of degrees of freedom. J. Fluid Dyn., 2001, vol. 36, pp. 26–38. DOI: 10.1023/A:1018863206798
Basu D. N. Dynamic frequency response of a single–phase natural circulation under an imposed sinusoidal excitation. Annals of Nuclear Energy, 2019, vol. 132, pp. 603–614. DOI: 10.1016/j.anucene.2019.06.050
Lokhmanets I., Baliga B. R. Experimental investigation of steady and transient operations of a single-phase closed-loop vertical thermosyphon. Int. J. Therm. Sci., 2019, vol. 145, 105988. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci. 2019. 105988
Rosensweig R. E. Ferrohydrodynamics. Cambrige University Press, Cambrige, 1985.
Pshenichinikov A. F., Lebedev A. V., Radionov A. V., Efremov D. V. A magnetic fluid for operation in strong gradient fields. Colloid J., 2015, vol 77, pp. 196–201. DOI: 10.1134/S1061933X15020155
Pshenichnikov A., Lebedev A., Ivanov A. O. Dynamics of magnetic fluids in crossed DC and AC magnetic fields. Nanomaterials, 2019, vol. 9, p. 1711. DOI: 10.3390/nano9121711
Vargaftc N. B., Vinogradov Y. K., Yargin V. S. Handbook of Physical Properties of Liquids and Gases. Begell House, Inc., New York, 1996.
Dortman N. B. Physical properties of rocks and minerals (petrophysics). Geophysics Handbook. Subsoil, Moscow, 1984. 455 p. (In Russian)
Fertman V. E. Magnetic Fluids Guide Book: Properties and Applications. Hemisphere Publishing Co, New York, 1990.
Chow T. S. Viscoelasticity of concentrated dispersions. Phys. Rev. E, 1994, vol. 50, no. 2, pp. 1274–1279. DOI: 10.1103/PhysRevE.50.1274
Pshenichnikov A. F., Gilyov V. G. Rheology and Magnetization of concentrated magnetite colloids. Colloid Journal, 1997, vol. 59, no. 3, pp. 346–353.
Landau L. D., Lifshitz E. M., Pitaevskii L. P. Electrodynamics of Continuous Media. Elsevier, London, 1995. 460 p.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
