Использование магнитной жидкости в качестве теплоносителя в системах охлаждения в условиях космического полета


DOI: 10.34759/trd-2020-114-06

Авторы

Краузина М. Т. *, Сидоров А. С. **, Буркова Е. Н. ***

Пермский государственный национальный исследовательский университет, ПГНИУ, ул. Букирева, 15, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: marina.krauzina@gmail.com
**e-mail: sidorovaliksandr@mail.ru
***e-mail: burkova_ekaterin@mail.ru

Аннотация

В работе обсуждаются результаты экспериментов и численного моделирования по исследованию механизмов тепло-, массопереноса в магнитных жидкостях. Магнитные коллоиды относят к классу наножидкостей и применяют в качестве рабочей жидкости в системах охлаждения. Показано, что в лабораторных условиях взаимодействие термогравитационного и термомагнитного механизмов переноса приводит к сложному поведению конвективной системы и, как следствие, усложнению процессов тепло- и массопереноса. Рассматривается возможность применения активных и пассивных систем охлаждения с магнитными жидкостями на борту космических аппаратов в условиях микрогравитации. Представленные результаты можно использовать для моделирования, расчета технических характеристик и энергоэффективности такой системы охлаждения.

Ключевые слова:

магнитная жидкость, термомагнитная конвекция, магнитное поле, магнитофорез, термофорез

Библиографический список

  1. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика: пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 356 с.

  2. Mukhopadhyay A., Ganguly R., Sen S., Puri I. K. A scaling analysis to characterize thermomagnetic convection // International Journal of Heat and Mass Transfer, 2005, vol. 48, no. 17, pp. 3485 – 3492. DOI:10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2005.03.021

  3. Fumoto K., Yamagishi H., Ikegawa M. A Mini Heat Transport Device Based On Thermo–Sensitive Magnetic Fluid // Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering, 2007, vol. 11, no. 1–2, pp. 201 – 210. DOI:10.1080/15567260701333869

  4. Bozhko A., Putin G. Thermomagnetic Convection as a Tool for Heat and Mass Transfer Control in Nanosize Materials Under Microgravity Conditions // Microgravity Science and Technology, 2009, vol. 21, no. 1–2, pp. 89 – 93. DOI:10.1007/S12217-008-9059-7

  5. Odenbach S. Sounding rocket and drop tower experiments on thermomagnetic convection in magnetic fluids // Advances in Space Research, 1995, vol. 16, no. 7, pp. 99 – 104. DOI: https://doi.org/10.1016/0273-1177(95)00142-2

  6. Edwards B.F., Gray D.D., Hang J. Magnetothermal convection in nonconducting diamagnetic and paramagnetic fluids // Proc. 3-d Int. Microgravity Fluid Physics Conference, Cleveland, Ohio, 1996, pp. 711 – 716.

  7. Pareja-Rivera C., Cuellar-Cruz M., Esturau-Escofet N. et al. Recent Advances in the Understanding of the Influence of Electric and Magnetic Fields on Protein Crystal Growth // Crystal Growth & Design, 2017, vol. 17, no. 1, pp. 135 – 145.

  8. Khaldi F. Removal of gravity buoyancy effects on diffusion flames by magnetic fields // Abstract of the First International Seminar on Fluid Dynamics and Material Processing, Algiers, Algeria, 2007, pp. 57 – 58.

  9. Krauzina M.T., Bozhko A.A., Putin G.F., Suslov S.A. Intermittent flow regimes near the convection threshold in ferromagnetic nanofluids // Physical Review E: Statistical, Nonlinear & Soft Matter Physics, 2015, vol. 91, no. 1, pp. 013010. DOI: 10.17072/1994-3598-2018-1-54-64

  10. Bozhko A.A., Putin G.F. Heat transfer and flow patterns in ferrofluid convection // Magnetohydrodynamics, 2003, vol. 39, no. 2, pp. 147 – 168.

  11. Глухов А.Ф., Путин Г.Ф. Конвекция магнитных жидкостей в связанных каналах при подогреве снизу // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2010. № 5. С. 41 – 48.

  12. Федюшкин А.И., Пунтус А.А. Нелинейные особенности ламинарных течений жидкости на земле и в невесомости // Труды МАИ. 2018. № 102. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=98829

  13. Ермаков В.Ю. Применение магнитожидкостного эффекта для снижения статического и динамического дисбаланса от подвижных масс приводных устройств // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=105679

  14. Герасимчук В.В., Ермаков В.Ю., Телепнев П.П., Шаповалов Р.В. Экспериментальное подтверждение концепции регулируемой магнитожидкостной системы виброзащиты // Труды МАИ. 2019. № 109. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=111380. DOI: 10.34759/trd-2019-109-11

  15. Pshenichnikov A.F., Burkova E.N. Effect of demagnetizing fields on particle spatial distribution in magnetic fluids // Magnetohydrodynamics, 2012, vol. 48, no. 3, pp. 243 – 253.

  16. Ivanov A.S., Pshenichnikov A.F. Magnetophoresis and diffusion of colloidal particles in a thin layer of magnetic fluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, vol. 322, pp. 2575 – 2580. DOI:10.1016/J.JMMM.2010.03.023

  17. Bashtovoi V.G. The effect of magnetophoresis and Brownian diffusion on the levita-tion of bodies in a magnetic fluid // Magnetohydrodynamics, 2008, vol. 44, no. 2, pp. 121 – 126.

  18. Блум Э.Я., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. – Рига: Зинатне, 1989. – 386 с.

  19. Пшеничников А.Ф., Буркова Е.Н. О силах, действующих на постоянный магнит, помещенный в прямоугольную полость с магнитной жидкостью // Вычислительная механика сплошных сред. 2014. Т. 7. № 1. С. 5 – 14.

  20. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. – М.: Наука, 1972. – 392 с.

  21. Suslov S.A. Thermomagnetic convection in a vertical layer of ferromagnetic fluid // Physics of Fluids, 2008, vol. 20, pp. 084101(36). DOI:10.1063/1.2952596

  22. Пивоваров Д.Е. Численное исследование конвективного теплообмена в наклонном продольном слое воздуха // Труды МАИ. 2013. № 68. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=41694

  23. Глухов А.Ф., Сидоров А.С. Измерение температурных полей поверхности жидкости при помощи тонкой пластинки и тепловизора // Вестник Пермского университета. Серия: Физика. 2016. № 1 (32). С. 5 – 10.

  24. Черепанов И.Н., Смородин Б.Л., Сидоров А.С. Анализ течений магнитной жидкости в вертикальном канале при нагреве сбоку // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2019. Т. 155. № 2. С. 371 – 381.

  25. Черепанов И.Н. О перераспределении примеси в коллоидных смесях // Журнал технической физики. 2018. Т. 88. № 12. С. 1763 – 1770.

  26. Овчинников А.П., Шайдуров Г.Ф. Конвективная устойчивость однородной жидкости в шаровой полости // Гидродинамика. 1968. № 1. С. 3 – 21.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход