Косков Михаил Андреевич, младший научный сотрудник
ул. Ак. Королева 1, г. Пермь 614013
Researcher ID: AAN-7092-2020
Mikhail A. Koskov, Junior Researcher
Ak. Koroleva str.1, Perm 614013
Цель. Построение метода анализа результатов температурных измерений при экспериментальном исследовании термомагнитной конвекции в замкнутом гидродинамическом контуре.
Методы. Для проведения эксперимента использовался замкнутый протяжённый гидродинамический контур, изготовленный из тонкой трубки круглого сечения. Подогревался короткий вертикальный участок контура, находящийся в градиентном магнитном поле c амплитудой напряжённости 24 кА/м. Отвод тепла осуществлялся со всей поверхности труб контура путём их обдува термостатированным воздухом. Опыты проводились с коллоидным раствором магнетита в керосине, стабилизированным олеиновой кислотой. Контрольные измерения в нулевом магнитном поле были проведены с использованием чистого осветительного керосина. В режиме стационарного течения вдоль контура устанавливалось экспоненциальное распределение температуры. Показатель экспоненты измерялся. Анализ результатов температурных измерений производился на основании приближённого решения уравнения конвективного переноса тепла на охлаждаемом участке контура. При решении использовалась параболическая аппроксимация профиля скорости и малость молекулярного осевого теплового потока в сравнении с конвективным осевым тепловым потоком.
Результаты. Показано, что измеренного в опыте показателя экспоненты достаточно для получения информации об интенсивности осевого теплового потока. Предложена расчётная формула для числа Нуссельта, учитывающая геометрические параметры контура, свойства жидкости и условия теплообмена. Зависимость числа Нуссельта от теплового числа Релея построена для всех серий измерений. Обнаружено усиление теплопереноса вдоль контура в 3 – 3,5 раз под действием термомагнитного механизма конвекции в сравнении с результатами контрольных опытов.
Заключение. Предложен метод анализа температурных измерений, проводимых при экспериментальном исследовании термомагнитной конвекции в замкнутом протяжённом гидродинамическом контуре. Метод опробован на экспериментальном материале.
Purpose of research. To construct a method for the analysis of temperature measurement results in an experimental investigation of thermomagnetic convection in a closed hydrodynamic circuit.
Methods. The experiment was carried out using a long closed hydrodynamic loop made of a thin tube of circular cross section. A short vertical segment of the loop, located in a gradient magnetic field with an intensity amplitude of 24 kA/m, was heated. The heat was removed from the entire surface of the loop tubes by blowing them with thermostatic air. The experiments were carried out with colloidal solution of magnetite in paraffin stabilized with oleic acid. Control measurements in zero magnetic field were carried out using pure illuminating paraffin. An exponential temperature distribution was established in the steady-state flow regime along the circuit. The exponent was measured. The results of the temperature measurements were analysed using approximate solution of the convective heat transfer equation in the cooled section of the circuit. The solution used a parabolic approximation of the velocity profile and the smallness of the molecular axial heat flux compared with the convective axial heat flux.
Results. It is shown that the exponent measured in the experiment is sufficient to obtain information about the intensity of the axial heat flux. The calculation formula for Nusselt number taking into account geometric parameters of the circuit, fluid properties and heat exchange conditions has been proposed. Dependence of Nusselt number on Rayleigh heat number is plotted for all series of measurements. It has been found that the heat transfer along the loop has increased by a factor of 3 to 3.5 due to the thermomagnetic convection mechanism in comparison with the results of the control experiments.
Conclusion. The method of analysis of temperature measurements during experimental investigation of thermomagnetic convection in a closed long hydrodynamic loop has been proposed. The method has been experimentally tested.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.