Соколов Евгений Александрович - кандидат физико-математических наук, старший препода ватель кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Evgeniy A. Sokolov - Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Senior Lecturer of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics.
50 Let Oktyabrya Str., 94, Kursk 305040
Калюжная Дарья Анатольевна - аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Dariya A. Kalyuzhnaya - Postgraduate Student of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics.
50 Let Oktyabrya Str., 94, Kursk 305040
Ширяев Дмитрий Иванович - студент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Dmitry I. Shiryaev - Student of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics.
50 Let Oktyabrya Str., 94, Kursk 305040
Булгакова Варвара Алексеевна - студент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Varvara A. Bulgakova - Student of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics.
50 Let Oktyabrya Str., 94, Kursk 305040
Маслова Василиса Павловна - студент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Vasilisa P. Maslova - Student, Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics.
50 Let Oktyabrya Str., 94, Kursk 305040
Рязанцева Мария Олеговна - студент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Maria O. Ryazantseva - Student of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics.
50 Let Oktyabrya Str., 94, Kursk 305040
Цель. Детально исследовать гидродинамические параметры капли магнитной жидкости с варьируемой объёмной концентрацией магнитной фазы, во взвешенном состоянии в объёме немагнитной жидкости, под воздействием внешнего магнитного поля с изменяющейся напряжённостью.
Методы. Экспериментальная часть работы выполнена на оригинальной лабораторной установке с использованием стандартного измерительного оборудования. Для измерения величины напряжённости магнитного поля применялся стандартный тесламетр ТПУ-01, оснащённый прецизионным датчиком Холла, что обеспечивало высокую точность регистрации поля в рабочей зоне. Помимо прямых измерений, было проведено компьютерное моделирование пространственной конфигурации магнитного поля в программном комплексе FEMM, интегрированном в среду MATLAB; это позволило детально проанализировать пространственное распределение магнитного поля и выполнить его визуализацию. Обработка видеоданных, фиксирующих динамику деформирующихся капель магнитной жидкости в окружающей немагнитной жидкости, осуществлялась с помощью специализированной программы для анализа изображений Digimizer, которая дала возможность с высокой точностью отслеживать изменение геометрических параметров капли во времени. Полученные экспериментальные данные были интерпретированы с помощью фундаментальных положений физики конденсированного состояния и законов классической и магнитной гидродинамики вязкой жидкости.
Результаты. Полученные результаты экспериментальных исследований согласуются с результатами численного моделирования, которые описывают изменение формы магнитожидкостной капли, плавающей в немагнитной среде, а также ее эксцентриситета в зависимости от концентрации магнитной фазы магнитной жидкости и величины напряженности магнитного поля, создаваемого соленоидом. Полученные результаты численного моделирования и экспериментальные данные согласуются друг с другом.
Заключение. Контроль над поведением диспергированных капель магнитной жидкости в немагнитной среде с использованием магнитного поля создает фундамент для новых технологий в микрофлюидике и «мягкой» робототехнике.
Purpose. To investigate in detail the hydrodynamic parameters of a magnetic fluid droplet with a variable volume concentration of the magnetic phase, in a suspended state within a volume of non-magnetic liquid, under the influence of an external magnetic field with varying strength.
Methods. The experimental part of the work was carried out using an original laboratory setup with standard measuring equipment. To measure the magnetic field strength, a standard TPU-01 teslameter equipped with a precision Halleffect sensor was used, ensuring high accuracy of field registration in the working area. In addition to direct measurements, a computer simulation of the spatial configuration of the magnetic field was performed using the FEMM software package integrated into the MATLAB environment; this allowed for a detailed analysis of the spatial distribution of the magnetic field and its visualization. The processing of video data recording the dynamics of deforming magnetic fluid droplets in the surrounding non-magnetic liquid was carried out using specialized image analysis software, Digimizer, which made it possible to track changes in the geometric parameters of the droplet over time with high accuracy. The obtained experimental data were interpreted using fundamental principles of condensed matter physics and the laws of classical and magnetic hydrodynamics of viscous fluids.
Results. The results of experimental studies were obtained, which are consistent with the numerical simulation results describing the shape change of a ferrofluid droplet suspended in a non-magnetic medium, as well as its eccentricity, as functions of the magnetic phase concentration in the ferrofluid and the strength of the magnetic field generated by the solenoid. The obtained numerical simulation results and experimental data are in good agreement with each other.
Conclusion. The control of the behavior of dispersed droplets of magnetic fluid in a non-magnetic medium using a magnetic field creates the foundation for new technologies in microfluidics and "soft" robotics.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.