Thermophoresis as a cause of periodic change of direction of magnetic fluid convection in vertical channels
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-3-58-64Keywords:
magnetic fluid, thermal convection, Soret coefficientAbstract
The results of experiments with magnetic fluid based on undecane with magnetite particles size of of 6 nm and their volume fraction of 16 % are analyzed. Convection in two vertical connected channels with a square section of 3.2×3.2 mm2 and a height of 50 mm was studied. Two equally probable stationary convection directions are observed in the undecane when heated from below. In the magnetic fluid, instead of a stationary flow, a periodic change of direction was observed: the flow upward in one channel and downward in the other, spontaneously and periodically (~ 1 hour) changed to the flow in the opposite direction. The oscillations are associated with the instability of the convective flow due to the thermodiffusion separation of particles. A formula for the characteristic separation time, which is determined by the thermodiffusion parameters of the medium, was obtained. In the channel, with upward flow, the trajectories of colloidal particles are deviate towards the wall due to thermophoresis, and part of the particles falls into the "trap" – a thin (~0.01 mm) diffusion boundary layer. In another channel, the fluid flows down, and the trajectories of colloidal particles deviate from the wall due to thermophoresis, and the boundary layer loses particles. The concentration difference between the channels increases and ends with a change in the convection direction. The experimental thermograms show a linear change in the buoyancy force in the channels over time. The formula for the rate of accumulation (loss) of concentration in the boundary layer is obtained. The Soret coefficient of the magnetic fluid by processing the experimental thermograms using the found formula was measured 0.25 K–1.References
Glukhov A. F., Putin G. F. Convection of magnetic fluids in connected channels heated from below. Fluid Dynamics, 2010, vol. 45, no. 5. рp. 713–718.
Glukhov A. F. On the periodic loss of stability convection by a magnetic fluid in heated from below vertical channels. Bulletin of Perm University. Physics. 2019, no. 1, pp. 17–25.
DOI: 10.17072/1994-3598-2019-1-17-25
Demin V. A. Sedimentation of nanoparticles in a homogeneous carrying fluid in the presence of thermodiffusion. Bulletin of Perm University. Physics, 2013, no. 1 (23), pp. 20–24.
Glukhov A. F., Sidorov A. S., Arefyev I. M., Ladeyschikova V. V., Shmatko N. J. Convective properties of a magnetic fluid based on undecane. Bulletin of Perm University. Physics, 2018, no. 4 (42), pp. 19–24. DOI: 10.17072/1994-3598-2018-4-19-24
Glukhov A. F., Sidorov A. S. Periodic convective processes in a magnetic fluid in vertical channels. Fluid Dynamics. 2019, vol. 54, no. 4. pp. 451–456. DOI: 10.1134/S0015462819040062
Sprenger L., Lange A., Odenbach S. Thermodiffusion in concentrated ferrofluids – A review and current experimentaland numerical results on non-magnetic thermodiffusion. Physics of Fluids, 2013, vol. 25, 122002.
Glukhov A. F., Zorin S. V., Putin G. F., Petukhova E. S. Thermal convection in connected vertical channels of finite height. Heat transfer. Soviet research. 1988, vol. 20, no. 2, pp. 167–173.
Glukhov A. F., Demin V. A. Nonlinear oscillations of a binary mixture in coupled channels with a positive Soret effect. Bulletin of Perm University. Physics, 2007, no. 1 (6), pp. 3–10
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
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.