CC BY
36
Механика жидкости и газа Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (3), с. 1289-1290
УДК 537.84
ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС ПРИ КИПЕНИИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ НА НЕОГРАНИЧЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ С ТОЧЕЧНЫМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА
© 2011 г А.А. Яновский
Ставропольский госуниверситет aa.yanovskiy@yandex.ru
Поступила в редакцию 15.06.2011
Экспериментально установлена зависимость максимального теплового потока от величины внешнего однородного вертикального и горизонтального постоянных магнитных полей при кипении магнитных жидкостей с различным содержанием магнитной фазы на неограниченной поверхности нагрева с точечным подводом тепла.
Ключевые слова: магнитные жидкости, кипение, теплообмен, магнитное поле.
Введение
Теплообмен при кипении магнитных жидкостей (МЖ) все еще остается малоизученным, несмотря на то, что вопросы тепло- и массопе-реноса в магнитных жидкостях затрагивались многими учеными. Эти исследования были посвящены в основном конвективному теплообмену в магнитной жидкости. В связи с широким техническим применением магнитных жидкостей становится актуальным изучение влияния магнитных полей на процессы тепло- и массопереноса при кипении магнитной жидкости.
1. Экспериментальная установка. Объект и методика исследования
Объектом исследования в настоящей работе являлась магнитная жидкость, представляющая собой коллоидную дисперсную наносистему «магнетит в керосине», с плотностью 1.447 г/см3 и намагниченностью насыщения 50.9 кА/м.
Для изучения зависимостей удельного теплового потока от величины напряженности внешнего однородного постоянного магнитного поля была создана экспериментальная установка (рис. 1), которая представляла собой цилиндрический контейнер 1, выполненный из кварцевого стекла. Тепло к магнитной жидкости 2 подводилось от нагревателя 3, установленного на немагнитном стержне 4 диаметром 5 мм, торец которого примыкал к центральной части немагнитной пластины, на которой происхо-
дило кипение магнитной жидкости. Вдоль теплопроводящего стержня 4 на расстоянии 5 мм друг от друга располагались две хромель-копелевые термопары 5. Верхняя термопара находилась на расстоянии 2.7 мм от теплоотдающей поверхности. Показания этой термопары принимались за температуру теплоотдающей поверхности пластины.
Рис. 1
Данная установка помещалась в однородное магнитное поле, создаваемое катушками Гельмгольца 6, величина которого регулировалась при помощи источника тока. Катушки Гельмгольца могли создавать как вертикально, так и горизонтально направленное магнитное поле. Сигналы с термопар поступали на компьютер, работающий в режиме осциллографа, оснащенный платой АЦП «LA-1,5 PCI-14», и обрабатывались при помощи программы ADCLab.
При включенном нагревателе производился медленный разогрев установки до стабильного кипения магнитной жидкости. Одновременно включали внешнее однородное вертикальное или горизонтальное магнитное поле различной напряженности. В разных экспериментах величина магнитного поля могла меняться в пределах от 0 до
4.2 кА/м. Удельный тепловой поток рассчитывался по показаниям обеих (верхней и нижней) термопар.
2. Результаты экспериментов и их обсуждение
На рис. 2 представлены зависимости величины удельного теплового потока от температуры теплоотдающей поверхности, полученной при наложении внешнего однородного вертикального магнитного поля различной напряженности. Величина вертикального однородного магнитного поля менялась в интервале 0-4.2 кА/м.
ток достигается во внешнем однородном горизонтальном магнитном поле напряженностью 0.7 кА/ м. С увеличением температуры стенки нагревателя во всем интервале приложенных магнитных полей тепловой поток существенно уменьшается.
На рис. 3 приведены зависимости удельного теплового потока от температуры стенки нагревателя, полученные при приложении горизонтального однородного магнитного поля различной напряженности. Величина вертикального однородного магнитного поля менялась в интервале 0-4.2 кА/м. Как видно из рисунка, в случае вертикального магнитного поля максимальное значение теплового потока достигается в магнитном поле напряженностью 1.4 кА/м при температуре теплоотдающей поверхности 130 оС.
Рис. 2
Из рисунка видно, что максимум интенсивности удельного теплового потока приходится на область температур теплоотдающей поверхности нагревателя 120 оС. Максимальный тепловой по-
Рис. 3
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №11-01-00051-а).
HEAT AND MASS TRANSFER ON AN UNBOUNDED SURFACE WITH DOT SUPPLY OF HEAT FOR A BOILING MAGNETIC FLUID
А.А. Yanovskiy
The maximum heat flow dependence on the value of external uniform vertical and horizontal constant magnetic fields during the boiling process of fluids with various magnetic phases on the non-limited heating surface with a point heating source was experimentally investigated.
Keywords: magnetic fluids, boiling, heat transfer, magnetic field.
