Термомагнитная конвекция феррожидкости в вертикальном гидродинамическом контуре: интенсификация теплообмена в магнитном поле
Косков М.А., Пшеничников А.Ф.

Поступила в редакцию: 1 Августа 2022

DOI: 10.31857/S0044451022120136

PDF (885.1K)

Для прояснения вопроса о влиянии магнитного поля на конвективный теплообмен в феррожидкости проведены эксперименты с замкнутым гидродинамическим контуром, расположенным в вертикальной плоскости и нагреваемым сбоку (конвективной петлей). Контур изготовлен из трубы круглого сечения и обдувается потоком термостатированного воздуха, обеспечивающим постоянство коэффициента теплоотдачи на поверхности труб. Для исключения конкуренции между гравитационными и термомагнитными течениями длина контура выбрана большой по сравнению с его внутренним диаметром. Показано, что в режиме стационарной конвекции вдоль контура устанавливается экспоненциальное распределение температуры. Определенный в опытах показатель экспоненты использовался для получения информации о расходе жидкости через поперечное сечение трубки и безразмерном интегральном тепловом потоке - числе Нуссельта. Опыты проведены с керосином и четырьмя образцами феррожидкости типа магнетит-керосин-олеиновая кислота, различающимися концентрацией магнитной фазы. Часть опытов проведена в нулевом магнитном поле (в условиях гравитационной конвекции), другая часть - в режиме смешанной (гравитационной и термомагнитной) конвекции. В последнем случае неоднородное магнитное поле с амплитудой 23кА/м накладывалось на участок контура вблизи нагревателя. Результаты опытов приведены в безразмерных переменных - в виде зависимости числа Нуссельта Nu от теплового числа Рэлея Ra. Показано, что в нулевом магнитном поле функциональная зависимость Nu=Nu(Ra) одинакова для керосина и всех феррожидкостей. Включение магнитного поля вызывает термомагнитную конвекцию (сонаправленную с гравитационной), которая увеличивает конвективный теплообмен в три и более раз в зависимости от теплового числа Рэлея и концентрации магнитной фазы.