两类特殊铁磁流体边界层方程的推导

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ben_Chen111
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铁磁流体是由纳米级的磁性固体颗粒、承载液以及表面活性剂混合而成的一种稳定的胶状液体,它在磁场存在时会被强烈极化。电磁流体是指某些导电流体如等离子体、液态金属等,它可以切割磁感线而产生电流。铁磁流体和电磁流体的区别在于电磁流体中不含有铁磁颗粒,故不会被磁化。目前,对电磁流体边界层方程的研究较多,给出了很多公式和结果,但是对铁磁流体的边界层的研究较少。铁磁流体在工业、医学、测量、航空等方面都有广泛的应用:铁磁流体发电、铁磁流体抛光、利用铁磁流体进行旋转轴的无缝密封以及利用置于磁场内的铁磁流体切除肿瘤等等。因此,研究铁磁流体边界层理论并且推导铁磁流体边界层方程有非常重要的意义。  本文基于电磁流体边界层方程的研究方法,对铁磁流体边界层理论进行了初步的研究,在一定的假设条件下,推导并获得了泊肃叶流和库埃特流这两类特殊流的不导电铁磁流体边界层方程和导电铁磁流体边界层方程。本文研究的铁磁流体是不可压缩、稳定且具有粘性的流体。  首先,对于不导电的铁磁流体,本文推导并获得了铁磁流体运动方程的分解形式,并根据边界条件分别求解出了流体速度与初始速度的表达式。进一步,本文绘制出了无量纲速度的图像。对于不导电的泊肃叶流,在两平板正中间,流体的无量纲速度取到最大;在平板边界处,流体的无量纲化速度达到最小。对于不导电的库埃特流,在距离上平板三分之一处,无量纲速度取到最大值,在平板边界处,无量纲速度取到最小值。  其次,由于在一些特殊条件下,铁磁流体的导电性不能忽略,在实际应用中尤其是在铁磁流体发电实验中,需要考虑铁磁流体导电的情况。因此,本文推导并获得了导电铁磁流体运动方程的分解形式,并根据边界条件分别求解出了速度与初始速度的表达式。进一步,本文绘制出了无量纲速度的图像。对于导电的泊肃叶流,本文得出了当Fa越大,速度曲线越平稳,管道壁附近的速度梯度也越大。对于在两平板正中间的流体,流体的无量纲速度取到最大值。对于导电的库埃特流,Fa越大,速度曲线越平稳,管道壁附近的速度梯度也越大。在平板边界处,无量纲速度取到最小值。与不导电的铁磁流体比较,这里还要多考虑一个电磁场力。
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