铁磁流体发电及自旋效应数值分析研究

摘要

铁磁流体是一种新型的纳米智能材料，兼有固体磁性材料的磁性和液体的流动性，是纳米材料、液态体系和刺血技术的有机结合，具有巨大的应用价值．磁流体发电技术及磁流体旋转现象是磁流体两个非常重要的应用领域.本文主要内容是进行铁磁磁流体发电实验研究及磁场作用下一类特殊的铁磁流体管道流中产生的旋转现象的数值分析研究，具体包括以下两个方面：
　　1．依据国内外有关磁流体发电实验方面的理论研究，在Hitoshi Yam-aguchi等人设计的室温状态下的磁流体发电实验装置的基础上对其进行改进，利用静电计直接代替外电阻测量试管内磁流体在磁场作用下产生的电压值，并搭建了简化后的实验装置，直接研究影响实验中产生的磁流体电压值的因素并结合数字图像处理技术，从理论和实验两个角度对常温下磁流体发电技术进行了系统的研究．令人满意的是，实验数据与理论分析相符，即实验试管中磁流体产生的电动势随着温度、内电阻的增大而减小，随着实验流体的速度的增大而增大．本文同时还给出了描述试管内磁流体产生的电动势、速度和温度三者关系的图像．最后，将取得的实验结果与前人实验结果进行比较，验证了改进后的实验装置的可行性．
　　2．铁磁流体在外加磁场中运动时，磁颗粒将沿着相应的剪切平面自由旋转，流体被驱动绕粒子运动而产生一个外加的流体动能的耗散项，而此耗散项是由所谓的磁粘度引起的．本文通过分析一类特殊的铁磁流体管道流控制方程，发现在磁场作用下该类铁磁流体管道流具有自旋效应，即产生磁粘度，并给出了磁粘度的表达式．通过数值计算发现，磁粘度随着磁场强度的增大而增大，且强烈依赖于流体旋转速率，这一结论和前人通过实验发现的磁粘度性质一致．最后，应用简化后的控制方程给出了Poiseuille流动存在白旋现象时的压力变化范围，并通过数值计算讨论．

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