Термофорез как причина периодической смены направления конвекции магнитной жидкости в вертикальных каналах
Анализируются результаты экспериментов с магнитной жидкостью на основе ундекана с магнетитовыми частицами радиусом 6 нм и их объемной долей 16 %. Изучалась конвекция в двух вертикальных связанных каналах сечением 3.2 × 3.2 мм2 и высотой 50 мм. В ундекане при подогреве снизу наблюдаются два равновероятных стационарных направления конвекции. В магнитной жидкости вместо стационарного течения наблюдалась периодическая смена направления: течение вверх в одном канале и вниз в другом самопроизвольно и периодически (~1 час) менялось на течение в обратном направлении. Колебания связаны с неустойчивостью конвективного течения за счет термодиффузионного разделения частиц. Получена формула для характерного времени разделения, которое определяется термодиффузионными параметрами среды. В канале с течением вверх траектории коллоидных частиц за счет термофореза отклоняются в сторону стенки, и часть частиц попадает в «ловушку» - тонкий (~0.01 мм) диффузионный пограничный слой. В другом канале жидкость течет вниз, а траектории коллоидных частиц за счет термофореза отклоняются от стенки и пограничный слой теряет частицы. Разность концентраций между каналами растет и заканчивается сменой направления конвекции. На экспериментальных термограммах наблюдается линейное изменение со временем силы плавучести в каналах. Получена формула скорости накопления (убыли) концентрации в пограничном слое. Обработкой экспериментальных термограмм с использованием найденной формулы измерен коэффициент Соре магнитной жидкости 0.25 К-1.