Abstract
Transient problem of magnetic nanoparticles segregation under gravity and direct magnetic field action was solved by the method of control volumes. It was shown, that during the transition of the system from initial uniform state to the inhomogeneous stationary one, the long-live finger-like structures with a continuously increasing wave number are formed. To limit it, an additional Kahn-Hillard term was introduced into the magnetodiffusion equation. The appearance of finger-like structures is explained by the competition between gravitational and magnetostatic forces in a thin diffusion layer between regions with a low and high concentration of particles. The observed phenomenon is a diffusion analogue of the Rosenzweig instability of the free boundary of a magnetic fluid in a vertically directed magnetic field.
Highlights
Численно, методом контрольных объемов, решена динамическая задача о сегрегации частиц в полости квадратного сечения при совместном действии магнитного и гравитационного полей
Transient problem of magnetic nanoparticles segregation under gravity and direct magnetic field action was solved by the method of control volumes
An additional KahnHillard term was introduced into the magnetodiffusion equation
Summary
Первоначально однородная магнитная жидкость под действием внешних силовых полей становится неоднородной по концентрации коллоидных частиц вследствие их дрейфа (сегрегации). При длительном хранении магнитной жидкости, её центрифугировании, а также при изучении тепловой конвекции в магнитной жидкости седиментацией частиц пренебрегать нельзя. Главный недостаток уравнения (1) заключается в том, что оно не учитывает влияния межчастичных взаимодействий (стерических, магнитодипольных и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий) и, следовательно, не может быть использовано для концентрированных жидкостей, включая ситуации, при которых высокие концентрации частиц обнаруживаются только в некоторых частях полости. Что учет размагничивающего поля, создаваемого самой жидкостью, магнитодипольных, Ван-дер-Ваальсовых и стерических взаимодействий между коллоидными частицами приводит к новым и достаточно сильным эффектам. Размагничивающие поля вызывают сегрегацию частиц в магнитной жидкости (пространственную неоднородность концентрации частиц) даже в том случае, когда внешнее магнитное поле однородно [17]. Седиментация частиц в гравитационном поле обычно слабо влияет на динамику магнитной жидкости и ее обычно не учитывают. В последнем случае даже очень слабое расслоение жидкости по концентрации частиц может привести к качественно новым эффектам [1,2,3]
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Free) 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
