Flow patterns generated by a strong magnetic field

• Autorzy: Fornalik E.

Warianty tytułu

PL

Wpływ silnego pola magnetycznego na strukturę przepływu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of a strong magnetic field on a paramagnetic fluid in a cylindrical enclosure of thermosyphon-like geometry was studied. A variety of spoke patterns was experimentally obtained and recorded. The analysis led to some data about the temperature field and, indirectly, about the flow structure. The results related to the heat transfer rate confirmed the conclusions coming from the flow visualization.

PL

Przedstawione zostały badania dotyczące struktury przepływu w geometrii cylindrycznej typu odwrócony termosyfon (tzn. górna część cylindra była grzana, a dolna chłodzona). Naczynie eksperymentalne napełnione cieczą paramagnetyczną zostało umieszczone w przestrzeni badawczej magnesu nadprzewodzącego, generującego silne pole magnetyczne (maksymalna indukcja magnetyczna 5 Tesli). Badano wpływ pola magnetycznego na strukturę przepływu, dokonano wizualizacji pola temperatury przy pomocy ciekłych kryształów oraz pomiaru temperatury za pomocą termopar. Bez pola magnetycznego oraz dla indukcji magnetycznej poniżej 1 Tesli w naczyniu nie obserwowano ruchu konwekcyjnego, a co za tym idzie również żadnej struktury przepływu. Dla indukcji magnetycznej powyżej 1 Tesli w naczyniu eksperymentalnym została zapoczątkowana konwekcja magnetyczna, co objawiło się pojawieniem struktury szprychowej. Struktura szprychowa, typowa dla konwekcji naturalnej w termosyfonie (tzn. górna część cylindra chłodzona, a dolna grzana) uległa zmianie - wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej wzrastała liczba płatków, co sugerowało intensyfikację konwekcji. Wyniki wizualizacji zostały potwierdzone przez pomiary termiczne oraz wyznaczoną liczbę Nusselta.

Słowa kluczowe

EN

spoke pattern; thermosyphon; magnetic field

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 45 nr 3
• Strony: 557--568
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Fornalik E.

• AGH, University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Poland,

Bibliografia

• 1. Benard H., 1901, Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquide transportant de la chaleur par convection en regime permanent, Annales de Chiemie et de Physique, 23, 62-144
• 2. Boronska K., Tuckerman L.S., 2004, Multiplicity of patterns in cylindrical convection, Mechanics of the 21st Century, edit. by Gutkowski W., Kowalewski T.A., Springer
• 3. Braithwaite D., Beaugnon E., Tournier R., 1991, Magnetically controlled convection in a paramagnetic fluid, Nature, 354, 134-136
• 4. Chandrasekhar S., 1961, Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability, Dover Publications, New York
• 5. Feynman R.P., Leighton R.B., Sands M., 1977, The Feynman Lectures on Physics, Addison-Wesley Publishing Company
• 6. Filar P., Fornalik E., Tagawa T., Ozoe H., Szmyd J.S., 2006, Numerical and experimental analyses of magnetic convection of paramagnetic fluid in a cylinder, J. Heat Transfer, 128, 183-191
• 7. Fornalik E., Filar P., Tagawa T., Ozoe H., Szmyd J.S., 2005, Experimental study on the magnetic convection in a vertical cylinder, Experimental Thermal and Fluid Science, 29, 971-980
• 8. Gelfgat A.L., Bar-Yoseph P.Z., Solan A., Kowalewski T.A., 1999, An axisymmetry-breaking instability of axially symmetric natural convection, J. of Transport Phenomena, 1, 173-190
• 9. Hof B., Lucas P.G.J., Mullin T., 1999, Flow state multiplicity in convection, Physics of Fluid, 11, 2815-2817
• 10. Ikezoe Y., Hirota N., Nakagawa J., Kitazawa K., 1998, Making water levitate, Nature, 393, 749-750
• 11. Ishihara I., Fukui T., Matsumoto R., 2002a, Natural convection in a vertical rectangular enclosure with symmetrically localized heating and cooling zones, Int. J. of Heat and Fluid Flow, 23, 366-372
• 12. Ishihara I., Imanishi R., Fujiwara M., Matsumoto R., 2002b, Natural convection in a single-phase closed thermosyphon, Proceeding of the 10th Int. Symposium on Flow Visualization, Kyoto
• 13. Japikse D., Jallouk P.A., Winter E.R.F., 1971, Single-phase transport processes in the closed thermosyphon, Int. J. of Heat and Mass Transfer, 14, 869-887
• 14. Jeffreys H., 1928, Some cases of instability in fluid motion, Proceedings of the Royal Society, 118
• 15. Jeffreys H., 1930, The instability of a compressible fluid heated below, Proceedings of the Royal Society, 26
• 16. Kaneda M., Tagawa T., Ozoe H., 2002, Convection induced by a cuspshaped magnetic field for air in a cube heated from above and cooled from below, J. of Heat Transfer, 124, 17-25
• 17. Kowalewski T.A., Cybulski A., Rebow M., 1998, Particle image velocimetry and thermometry in freezing water, CD-ROM Proceedings of 8th Int. Symposium on Flow Visualization, Edinburgh, 47.1-47.11
• 18. Maki S., Tagawa T., Ozoe H., 2002, Enhanced convection or quasi-conduction states measured in a super conducting magnet for air in a vertical cylindrical enclosure heated from below and cooled from above in a gravity field, J. of Heat Transfer, 124, 667-673
• 19. Mallinson G.D., Graham A.D., Vahl Davis G., 1981, Three-dimensional flow in a closed thermosyphon, J. of Fluid Mechanics, 109, 259-275
• 20. Ozoe H., 2005, Magnetic Convection, Imperial College Press
• 21. Ozoe H., Churchill S.W., 1973, Hydrodynamic stability and natural convection in newtonian and non-Newtonian fluids heated from below, AIChE Symposium Series, Heat Transfer, 69, 126-133
• 22. Pellew A., Southwell R.V., 1940, On maintained convective motions in a fluid heated from below, Proceedings of the Royal Society of London, 173, 312-343
• 23. Rayleigh L., 1916, On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is in the under slide, Philosophical Magazine, 32
• 24. Tagawa T., Ozoe H., 2002, Convective and diffusive phenomena of air in a vertical cylinder under strong magnetic field, Num. Heat Trans., 41, 1-14
• 25. Touihri R., Ben Hadid H., Henry D., 1999, On the onset of convective instabilities in cylindrical cavities heated from below. I. Pure thermal case, Physics of Fluids, 11, 2078-2088
• 26. VDI-Warmeatlas, VDI-Verlag, 1997
• 27. Wakayama M., Wakayama N.I., 2000, Magnetic acceleration of inhaled and exhaled flows in breathing, Japanese J. of Applied Physics, 39, 262-264
• 28. Wakayama N.I., 1993, Magnetic promotion of combustion in diffusion flames, Combustion and Flame, 93, 207-214