techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2024-14-2-55-70techusgu-256Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВлияние внешнего магнитного поля на вязкость электропроводящих магнитных жидкостейInfluence of external magnetic field on the viscosity of electrically conducting magnetic fluidsКомиловК.KomilovK.

Косим Комилов, доктор физико-математических наук, профессор

кафедра теоретической физики

734025; пр. Рудаки, д. 17; Душанбе

Kosim Komilov, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor

Department of Theoretical Physics

734025; 17 Rudaki Ave.; Dushanbe

k.komilov@mail.ruЗарифзодаА. К.ZarifzodaA. Q.

Афзалшoх Кахрамон Зарифзода, доктор физико-математических наук, директор

734063; пр. Айни, д. 299/1; Душанбе

Afzalshoh Q. Zarifzoda, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Director

734063; 299/1 Aini Ave.; Dushanbe

afzal.z@mail.ruТаджикский национальный университетТаджикистанTajik National UniversityTajikistanФизико-технический институт им. С. У. Умарова Национальной академии наук ТаджикистанаТаджикистанS.U. Umarov Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of TajikistanTajikistan2024010720241425570Copyright © Комилов К., Зарифзода А.К., 20242024Комилов К., Зарифзода А.К.Komilov K., Zarifzoda A.Q.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/256   Цель

   Цель. Теоретическое исследование влияния внешнего магнитного поля на сдвиговой и объемной вязкости электропроводящих магнитных жидкостей.

   Методы

   Методы. Применен метод молекулярно-кинетической теории, который с использованием кинетических уравнений для одночастичных и двухчастичных функций распределения позволяет исследовать динамические процессы переноса в электропроводящих магнитных жидкостях. При построении кинетических уравнений электропроводящая магнитная жидкость рассматривается как многокомпонентная система, в которой немагнитная и магнитная подсистемы считаются независимыми, а магнитные частицы и вещества стабилизатора тесно взаимодействуют между собой.

   Результаты

   Результаты. На основе динамических выражений для коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости, учитывающих механизмы трансляционной и структурной релаксационных процессов, проведена серия численных расчетов зависимости коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости от напряженности внешнего магнитного поля, объемной концентрации магнитных частиц и концентрации металлических добавок в электропроводящих магнитных жидкостях на основе ртути и эвтектического сплава галлия и индия. Показано, что с возрастанием величины внешнего магнитного поля коэффициенты сдвиговой и объемной вязкости в электропроводящих магнитных жидкостях нелинейно возрастают. Увеличение объемной концентрации магнитных частиц также приводит к нелинейному возрастанию коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости.

   Заключение

   Заключение. Приведенные численные расчеты коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости в зависимости от концентрации металлических добавок показали, что применение металлических добавок в электропроводящих магнитных жидкостях приводит к заметному снижению их вязкости. Показано, что полученные результаты находятся в хорошем согласии с имеющимися литературными данными и могут быть полезными для дальнейшего развития теории процессов переноса в электропроводящих магнитных жидкостях.

   Purpose

   Purpose. Theoretical study of an external magnetic field on the discontinuous and bulk viscosity of electrically conductive magnetic fluids.

   Methods

   Methods. The method of molecular kinetic theory is used, which, using kinetic methods for single-particle and two-particle distribution functions, allows one to determine transfer mechanisms in electrically conductive magnetic fluids.When constructing kinetic mathematical electrically conductive magnetic fluids as multicomponent systems in which non-magnetic and magnetic subsystems are independent, magnetic particles and the stabilizer substance closely interact with each other.

   Results

   Results. Based on algorithms of expressions for the coefficients of shear and volumetric viscosity, the observed mechanisms of translational and structural relaxation processes, a series of calculations was carried out depending on thecoefficients of stepwise and volumetric viscosity from the results of external magnetic fields, the volumetric structure of magnetic particles and the calculation of measured values in electrically conductive magnetic fluids based on mercury and a eutectic alloy of Gallium and India. It is shown that with increasing external magnetic fields, the coefficients of shear and bulk viscosity in electrically conductive magnetic fluids increase nonlinearly. An increase in the volume of elements of magnetic particles also leads to a nonlinear increase in the coefficients of abrupt and bulk viscosity.

   Conclusion

   Conclusion. The given calculations of the coefficients of shear and bulk viscosity depending on the principle of international dependence indicate that the use of metal constants in electrically conductive magnetic fluids leads to a noticeable decrease in their viscosity. It is shown that the results obtained, in good agreement with literature data, can be used for further development of the theory of transfer processes of electrically conductive magnetic fluids.

электропроводящая магнитная жидкостьсдвиговая вязкостьобъемная вязкостьмагнитное полеконцентрацияжидкий металлelectrically conductive magnetic fluidshear viscositybulk viscositymagnetic fieldconcentrationliquid metaReferencesLuborsky F. E. The formation of elongated Iron and Iron-Cobalt particles by electrodeposition into mercury // J. Electrochem. Soc. 1961. Vol. 108, no. 12. P. 1138–1146. doi: 10.1149/1.2427972Luborsky F.E. The formation of elongated Iron and Iron-Cobalt particles by electrodeposition into mercury. J. Electrochem. Soc. 1961;108(12):1138–1146. doi: 10.1149/1.2427972Luborsky F. E., Opie J. D. Adsorption of metals on iron particles in mercury // Journal of Applied Physics. 1963. Vol. 34, no. 4. P. 1317–1318. doi: 10.1063/1.1729488Luborsky F.E., Opie J.D. Adsorption of metals on Iron particles in mercury. Journal of Applied Physics. 1963;34(4):1317–1318. doi: 10.1063/1.1729488Shepherd P. G., Popplewell J., Charles S. W. A method of producing ferrofluid with Gadolinium particles // Journal of Physics D: Applied Physics. 1970. Vol. 3, no. 12. P. 1985–1987. doi: 10.1088/0022-3727/3/12/430Shepherd P.G., Popplewell J., Charles S.W. A method of producing ferrofluid with gadolinium particles. Journal of Physics D: Applied Physics. 1970;3(12):1985–1987. doi: 10.1088/0022-3727/3/12/430Shepherd P. G., Popplewell J. Ferrofluids containing Ni-Fe alloy particles // Philosophical Magazine. 1971. Vol. 23, no. 181. P. 239–242. doi: 10.1080/14786437108216378Shepherd P.G., Popplewell J. Ferrofluids containing Ni-Fe alloy particles. Philosophical Magazine. 1971;23(181):239–242. doi: 10.1080/14786437108216378Kagan I. Ya., Rykov V. G., Yantovskii E. I. Ferromagnetic electrically conducting liquids // Magnetohydrodynamics. 1970. Vol. 6, no. 3. P. 441–443. doi: 10.22364/mhdKagan I.Ya., Rykov V.G., Yantovskii E.I. Ferromagnetic electrically conducting liquids. Magnetohydrodynamics. 1970;6(3):441–443. doi: 10.22364/mhdCharles S. W., Popplewell J. The magnetic properties of ferromagnetic liquids containing Iron particles in mercury // IEE Transaction on Magnetics. 1976. Vol. MAG–12, no. 6. P. 795–797. doi: 10.1109/TMAG.1976.1059172Charles S.W., Popplewell J. The magnetic properties of ferromagnetic liquids containing iron particles in mercury. IEE Transaction on Magnetics. 1976;MAG-12(6):795–797. doi: 10.1109/TMAG.1976.1059172Popplewell J., Charles S. W., Hoon S. R. Aggregate formation in metallic fepromagnetic liquids // IEE Transaction on Magnetics. 1980. Vol. MAG–16, no. 2. P. 191–196. doi: 10.1109/TMAG.1980.1060585Popplewell J., Charles S.W., Hoon S.R. Aggregate formation in metallic fepromagnetic liquids. IEE Transaction on Magnetics. 1980;MAG-16(2):191–196. doi: 10.1109/TMAG.1980.1060585Dixon T. S., Charles S. W., Popplewell J. The effect of the addition of antimony on the physical and magnetic properties of Iron particles in mercury // J. Phys. F: Metal Phys. 1981. Vol. 11, no. 9. P. 1931–1941. URL: https://www.researchgate.net/publication/231127220_The_effect_of_the_addition_of_antimony_on_the_physical_and_magnetic_properties_of_iron_particles_in_mercuryDixon T.S., Charles S.W., Popplewell J. The effect of the addition of antimony on the physical and magnetic properties of iron particles in mercury. J. Phys. F: Metal Phys. 1981;11(9):1931–1941. URL: https://www.researchgate.net/publication/231127220_The_effect_of_the_addition_of_antimony_on_the_physical_and_magnetic_properties_of_iron_particles_in_mercuryФедоненко А. И., Смирнов В. И. Взаимодействие частиц и агрегирование в электропроводных магнитных жидкостях // Магнитная гидродинамика. 1983. № 4. С. 49–52. doi: 10.22364/mhdFedonenko A.I., Smirnov V.I. Particle interaction and aggregation in electrically conductive magnetic fluids. Magnitnaya gidrodinamika = Magnetic hydrodynamics. 1983;(4):49–52. (In Russ.) doi: 10.22364/mhdAbu-Aljarayesh I., Abu-Libdeh A. Initial susceptibility of Iron in mercury magnetic fluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1991. Vol. 96. P. 89–96. doi: 10.1016/0304-8853(91)90614-GAbu-Aljarayesh I., Abu-Libdeh A. Initial susceptibility of Iron in mercury magnetic fluids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1991;96:89–96. doi: 10.1016/0304-8853(91)90614-GAbu-Aljarayesh I., Bayrakdar A., Yusuf N.A., Abu-Safia H. Ac susceptibility of cobalt in mercury magnetic fluids // Journal of Applied Physics. 1993. Vol. 73, no. 10. P. 6970–6972. doi: 10.1063/1.352400Abu-Aljarayesh I., Bayrakdar A., Yusuf N.A., Abu-Safia H. Ac susceptibility of Cobalt in mercury magnetic fluids. Journal of Applied Physics. 1993;73(10):6970–6972. doi: 10.1063/1.352400Dubois E., Chevalet J., Massart R. Magnetic conductive liquids: preparation and properties of Iron nanoparticles in mercury // Journal of Molecular Liquids. 1999. Vol. 83. P. 243–254. doi: 10.1016/S0167-7322(99)00089-6Dubois E., Chevalet J., Massart R. Magnetic conductive liquids: preparation and properties of Iron nanoparticles in mercury. Journal of Molecular Liquids. 1999;83:243–254. doi: 10.1016/S0167-7322(99)00089-6Mercury-based Cobalt magnetic fluids and cobalt nanoparticles / R. Massart, B. Rasolonjatovo, S. Neveu, V. Cabuil // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. Vol. 308, no. 1. P. 10–14. doi: 10.1016/j.jmmm.2006.04.024Massart R., Rasolonjatovo B., Neveu S., Cabuil V. Mercury-based cobalt magnetic fields and cobalt nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007;308(1):10–14. doi: 10.1016/j.jmmm.2006.04.024Influence of microstructure on physico-mechanical properties of liquid-metal-based magnetic colloids / V. A. Alekseev, I. Yu. Veprik., S. G. Minukov, A. I. Fedonenko // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1990. Vol. 85, no. 1-3. P. 133–136. doi: 10.1016/0304-8853%2890%2990036-PAlekseev V.A., Veprik I.Yu., Minukov S.G., Fedonenko A.I. Influence of microstructure on physico-mechanical properties of liquid-metal-based magnetic colloids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1990;85(1-3):133–136. doi: 10.1016/0304-8853%2890%2990036-PSviklis B. B. Magnetic properties of highly conducting magnetic liquids // Magnetohydrodynamics. 1982. Vol. 18, no. 3. P. 241–244. doi: 10.22364/mhdSviklis B.B. Magnetic properties of highly conducting magnetic liquids. Magnetohydrodynamics. 1982;18(3):241–244. doi: 10.22364/mhdItami T., Saito J.-I., Ara K. The promising features of new nano liquid metals–liquid sodium containing titanium nanoparticles (LSnanop) // Metals. 2015. Vol. 5, no. 3. P. 1212–1240. doi: 10.3390/met5031212Itami T., Saito J.-I., Ara K. The promising features of new nano liquid metals–liquid sodium containing titanium nanoparticles (LSnanop). Metals. 2015;5(3):1212–1240. doi: 10.3390/met5031212Saito J.-I., Itami T., Ara K. The preparation, physicochemical properties, and the cohesive energy of liquid sodium containing Titanium nanoparticles // Journal of Nanoparticle Research. 2012. Vol. 14. P. 1298(1–17). doi: 10.1007/s11051-012-1298-2Saito J.-I., Itami T., Ara K. The preparation, physicochemical properties, and the cohesive energy of liquid sodium containing Titanium nanoparticles. Journal of Nanoparticle Research. 201;14;1298-17. doi: 10.1007/s11051-012-1298-2Outgassing performance of an ionic liquid-based magnetic fluid / Okabe Takao, Kondob Yukishige, Yoshimotoc Shigeka, Sasakic Shinya // Vacuum. 2019. Vol. 164. P. 34–40. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.02.047Okabe Takao, Kondob Yukishige, Yoshimotoc Shigeka, Sasakic Shinya. Outgassing performance of an ionic liquid-based magnetic fluid. Vacuum. 2019;164:34–40. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.02.047Mussel-inspired multifunctional integrated liquid metal-based magnetic suspensions with rheological, magnetic, electrical, and thermal reinforcement / Lu Yongyu, Che Zhanxun, Fangyuan Sun, Sen Chen, He Zhou, Pengju Zhang, Yang Yu, Lei Sheng, Jing Liu // ACS Applied Materials & Interfaces. 2021. Vol. 13, no. 4. P. 5256–5265. doi: 10.1021/acsami.0c20485Lu Yongyu, Che Zhanxun, Fangyuan Sun, Sen Chen, Heye Zhou, Pengju Zhang, Yang Yu, Lei Sheng, Jing Liu. Mussel-inspired multifunctional integrated liquid metal-based magnetic suspensions with rheological, magnetic, electrical, and thermal reinforcement. ACS Applied Materials & Interfaces. 2021;13(4):5256–5265. doi: 10.1021/acsami.0c20485Liquid metal Ga-Sn alloy based ferrofluids with amorphous nano-sized Fe-Co-B magnetic particles / Yang Chuncheng, Liu Zhong, Yu Mengchun, Bian Xiufang // Journal of Materials Science. 2020. Vol. 55. P. 13303–13313. https://link.springer.com/article/10.1007/s10853-020-04908-9Yang Chuncheng, Liu Zhong, Yu Mengchun, Bian Xiufang. Liquid metal Ga-Sn alloy based ferrofluids with amorphous nano-sized Fe-Co-B magnetic particles. Journal of Materials Science. 2020;55:13303–13313. https://link.springer.com/article/10.1007/s10853-020-04908-9Комилов К., Зарифзода А. К. Релаксационные процессы и вязкоупругие свойства электропроводящих магнитных жидкостей // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2022. № 3. С. 195–212.Komilov K., Zarifzoda A.K. Relaxation processes and viscoelastic properties of electrically conductive magnetic fluids. Vestnik Tadzhikskogo nacionalnogo universiteta. Seriya estestvennyh nauk = Bulletin of the Tajik National University. Natural Sciences Series. 2022;3:195–212. (In Russ.)Лебедев А. В. Аномалии вязкости магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 4. С. 88–97. doi: 10.21869/2223-1528-2023-13-4-88-97Lebedev A.V. Viscosity anomalies of magnetic fluid stabilized by a double layer of surfactant in water. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2023;13(4):88–97. (In Russ.) doi: 10.21869/2223-1528-2023-13-4-88-97Development of magnetic liquid metal suspensions for magnetohydrodynamics / F. Carle, K. Bai, J. Casara, K. Vanderlick, E. Brown // Physical Review Fluids. 2017. Vol. 2, no. 1. P. 013301(1–20). doi: 10.1103/PhysRevFluids.2.013301Carle F., Bai K., Casara J., Vanderlick K., Brown E. Development of magnetic liquid metal suspensions for magnetohydrodynamics. Physical Review Fluids. 2017;2(1):013301-20. doi: 10.1103/PhysRevFluids.2.013301Keeling L., Charles S.W., Popplewell J. The prevention of diffusional growth of cobalt particles in mercury // Journal of Physics F: Metal Physics. 1984. Vol. 14, no. 12. P. 3093–3100. doi: 10.1088/0305-4608/14/12/030Keeling L., Charles S.W., Popplewell J. The prevention of diffusional growth of cobalt particles in mercury. Journal of Physics F: Metal Physics. 1984;14(12):3093–3100. doi: 10.1088/0305-4608/14/12/030Комилов К., Зарипов А. К. О частотной дисперсии коэффициентов вязкости и модулей упругости электропроводных магнитных жидкостей // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2018. № 3. С. 130–136.Komilov K., Zaripov A.K. On the frequency dispersion of viscosity coefficients and elastic moduli of electrically conductive magnetic fluids. Vestnik Tadzhikskogo nacionalnogo universiteta. Seriya estestvennyh nauk = Bulletin of the Tajik National University. Series of natural sciences. 2018;3:130–136. (In Russ.)Комилов К., Зарипов А. К., Убайди Абдул Маджид. Частотная дисперсия коэффициента сдвиговой вязкости и магнитовязкий эффект в магнитных жидкостях // Журнал физической химии. 2020. Т. 94, № 8. С. 1279–1284. doi: 10.31857/S0044453720080166Komilov K., Zaripov A.K., Ubaidi Abdul Majid. Frequency dispersion of the coefficient of shear viscosity and the magnetic viscous effect in magnetic liquids. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2020;94(8):1726–1731. doi: 10.1134/S0036024420080166

The authors declare that there are no conflicts of interest present.