Los ferrofluidos se pueden usar para transferir calor , ya que el calor y el transporte de masa en tales fluidos magnéticos se pueden controlar usando un campo magnético externo .
BA Finlayson explicó por primera vez en 1970 (en su artículo "Inestabilidad convectiva de fluidos ferromagnéticos", Journal of Fluid Mechanics , 40 : 753-767) cómo un campo magnético externo se imponía a un ferrofluido con susceptibilidad magnética variable , por ejemplo, debido a un gradiente de temperatura , da como resultado una fuerza del cuerpo magnético no uniforme, que conduce a la convección termomagnética . Esta forma de transferencia de calor puede ser útil para los casos en los que la convección convencional no proporciona una transferencia de calor adecuada, por ejemplo, en dispositivos de microescala en miniatura o en condiciones de gravedad reducida.
El grupo Ozoe ha estudiado la convección termomagnética tanto de forma experimental como numérica. Mostraron cómo mejorar, suprimir e invertir los modos de convección. [1] [2] [3] También han realizado análisis de escala para fluidos paramagnéticos en condiciones de microgravedad. [4]
Una revisión completa de la convección termomagnética (en A. Mukhopadhyay, R. Ganguly, S. Sen e IK Puri , "Análisis de escala para caracterizar la convección termomagnética", International Journal of Heat and Mass Transfer 48 : 3485-3492, (2005)) también muestra que esta forma de convección puede correlacionarse con un número de Rayleigh magnético adimensional . Posteriormente, este grupo explicó que el movimiento de los fluidos se produce debido a la presencia de una fuerza corporal de Kelvin que tiene dos términos. El primer término puede tratarse como una presión magnetostática, mientras que el segundo es importante sólo si existe un gradiente espacial de la susceptibilidad del fluido, por ejemplo, en un sistema no isotérmico. El fluido más frío que tiene una mayor susceptibilidad magnética es atraído hacia regiones con mayor intensidad de campo durante la convección termomagnética, que desplaza el fluido más caliente de menor susceptibilidad. Demostraron que la convección termomagnética se puede correlacionar con un número de Rayleigh magnético adimensional. La transferencia de calor debido a esta forma de convección puede ser mucho más efectiva que la convección inducida por flotabilidad para sistemas de pequeñas dimensiones. [5]
La magnetización del ferrofluido depende del valor local del campo magnético H aplicado así como de la susceptibilidad magnética del fluido. En un flujo de ferrofluido que abarca diferentes temperaturas , la susceptibilidad es función de la temperatura. Esto produce una fuerza que se puede expresar en la ecuación de Navier-Stokes o de momento que rige el flujo de fluido como la "fuerza del cuerpo de Kelvin (KBF)".
El KBF crea un campo de presión estática que es simétrico con respecto a un imán, por ejemplo, un dipolo lineal, que produce un campo de fuerza sin rizos , es decir, rizo ( ℑ ) = 0 para un flujo de temperatura constante. Un campo tan simétrico no altera la velocidad. Sin embargo, si la distribución de temperatura alrededor del campo magnético impuesto es asimétrica, también lo es el KBF, en cuyo caso rizo ( ℑ ) ≠ 0. Tal fuerza corporal asimétrica conduce al movimiento del ferrofluido a través de las isotermas .
Referencias
- ^ Bednarz, Tomasz; Tagawa, Toshio; Kaneda, Masayuki; Ozoe, Hiroyuki; Szmyd, Janusz S. (2004). "Convección magnética y gravitacional de aire con una bobina inclinada alrededor del eje X". Transferencia numérica de calor, Parte A: Aplicaciones . 46 (1): 99-113. Código Bibliográfico : 2004NHTA ... 46 ... 99B . doi : 10.1080 / 10407780490457464 . S2CID 119902658 .
- ^ http://www.htsj.or.jp/TSE/TSE_14_4/TSE_14_4_7.pdf
- ^ Bednarz, Tomasz; Patterson, John C .; Lei, Chengwang; Ozoe, Hiroyuki (2009). "Mejora de la convección natural en un cubo utilizando un campo magnético fuerte - Mediciones experimentales de la tasa de transferencia de calor y visualización del flujo". Comunicaciones internacionales en calor y transferencia de masa . 36 (8): 781–786. doi : 10.1016 / j.icheatmasstransfer.2009.06.005 .
- ^ Bednarz, Tomasz P .; Lin, Wenxian; Patterson, John C .; Lei, Chengwang; Armfield, Steven W. (2009). "Escalado de la capa límite de convección termomagnética inestable de fluidos paramagnéticos de Pr> 1 en condiciones de microgravedad". Revista Internacional de Flujo de Fluidos y Calor . 30 (6): 1157-1170. doi : 10.1016 / j.ijheatfluidflow.2009.08.003 .
- ^ Phys. Fluids 16, 2228 (2004); doi: 10.1063 / 1.1736691 (9 páginas)