Preview

Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии

Расширенный поиск

Поведение дисперсных сред на магнитожидкостной основе в неоднородных магнитных полях

https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-177-193

Аннотация

Цель. Исследовать поведение дисперсных сред на основе нанодисперсных магнитных жидкостей: немагнитных жидких и газообразных включений в магнитной жидкости, капель магнитной жидкости в немагнитной среде, а также немагнитных пузырьков и капель, покрытых оболочкой из магнитной жидкости, в неоднородных магнитных полях.
Методы. Результаты были получены экспериментальным путем с использованием общепризнанных методик и подходов. Установки, на которых проводились исследования, были разработаны самостоятельно, а сбор данных осуществлялся с применением стандартного измерительного оборудования. Значение индукции магнитного поля было измерено с помощью тесламетра ТПУ-01 с подключенным к нему преобразователем Холла. Топология магнитного поля была смоделирована с использованием программного обеспечения FEMM, внедренного в интерактивную среду MathLab. Платформа осуществляет не только моделирование магнитного поля, но и осуществляет качественное преобразование результатов расчета и выполняет их визуализацию. Обработка изображений немагнитных включений проводилась в специально разработанной программе в системе NI Labview. Теоретическая обработка экспериментальных результатов проводилась на основе известных выражений физики конденсированного состояния, магнитной и классической гидродинамики.
Результаты. Получены экспериментальные зависимости координаты, скорости, размера дисперсных сред на основе магнитной жидкости от параметров магнитного поля, физических свойств магнитных и немагнитных жидкостей. На основе результатов компьютерного моделирования в программе FEMM проведена оценка сил, действующих на магнитную каплю и пузырек в магнитной жидкости. Полученные экспериментальные и теоретические данные согласуются друг с другом.
Вывод. Неоднородное магнитное поле позволяет управлять динамикой и поведением дисперсных сред на магнитожидкостной основе, что создает предпосылки для создания управляемых дозаторов и систем синтеза активных капель.

Об авторах

Е. А. Соколов
Юго-Западный государственный университет
Россия

Соколов Евгений Александрович, преподаватель кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики

Курск



П. А. Ряполов
Юго-Западный государственный университет

Ряполов Петр Алексеевич, доктор физико-математических наук, доцент, декан естественно-научного факультета

г. Курск



Список литературы

1. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. М.: Мир, 1989. 356 с

2. Joseph A., Mathew S. Ferrofluids: synthetic strategies, stabilization, physicochemical features, characterization, and applications // ChemPlusChem. 2014. Vol. 79, no. 10. P. 1382–1420

3. Genc S., Derin B. Synthesis and rheology of ferrofluids: a review // Current Opinion in Chemical Engineering. 2014. Vol. 3. P. 118–124.

4. Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles: рatent US 3215572A United States / Papell S.S. Appl. 09-10.1963; publ. 02.11.1965.

5. Odenbach S., Gilly H. Taylor vortex flow of magnetic fluids under the influence of an azimuthal magnetic field // Journal of magnetism and magnetic materials. 1996. Vol. 152, no. 1-2. P. 123–128.

6. Ерин К.В., Порублев А.А. Оптические свойства магнитных жидкостей на основе керосина // Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем: V Всероссийская научная конференция: сборник научных трудов. Ставрополь: Фабула, 2015. С. 7985.

7. Sealing mechanism investigation of convergent ferrofluid seals with staggered pole teeth / X. Yang, X. Dou, Y. Liu, Y. Huang // Tribology International. 2023. Vol. 190. С. 109054. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.109054.

8. Label-free manipulation via the magneto-Archimedes effect: fundamentals, methodology and applications / Q.H. Gao, Z.Z. Peng, H.-X. Zou, W.B. Li, H. Yan, Z. Peng [et al.] // Materials Horizons. 2019. Vol. 6, no. 7. P. 1359-1379. https://doi.org/10.1039/c8mh01616j.

9. Lee C.P., Lan T.S., Lai M.F. Fabrication of two-dimensional ferrofluid microdroplet lattices in a microfluidic channel // Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 115, no. 17. Art. no. 17B527. https://doi.org/10.1063/1.4867964.

10. Bohara R.A., Thorat N.D., Pawar S.H. Role of functionalization: Strategies to explore potential nano-bio applications of magnetic nanoparticles // RSC advances. 2016. Vol. 6, no. 50. P. 4398944012.

11. Ivanov A.O., Kuznetsova O.B. Magnetic properties of dense ferrofluids: An influence of interparticle correlations // Physical Review E. 2001. Vol. 64, no. 4. P. 041405.

12. Косков М.А., Лебедев А.В., Иванов А.С. О методе дифференциальной прогонки для получения кривых намагничивания ферроколлоидов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 89-104. https://doi.org/ 10.21869/2223-1528-2023-13-3-89-104.

13. Hewlin Jr R.L., Edwards M., Schultz C. Design and development of a traveling wave ferromicrofluidic device and system rig for potential magnetophoretic cell separation and sorting in a waterbased ferrofluid // Micromachines. 2023. Vol. 14, no. 4. P. 889.

14. Brown P., Hatton T.A., Eastoe J. Magnetic surfactants // Current Opinion in Colloid & Interface Science. 2015. Vol. 20, no. 3. P. 140-150.

15. Ferrofluid double emulsion generation and manipulation under magnetic fields / X. Huang, M. Saadat, M. A. Bijarchi, M.B. Shafii // Chemical Engineering Science. 2023. Vol. 270. P. 118519.

16. Bashtovoi V., Kovalev M., Reks A. Instabilities of bubbles and droplets flows in magnetic fluids // Journal of magnetism and magnetic materials. 2005. Vol. 289. P. 350-352.

17. Динамика активных пузырьков в магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле / Е.А. Соколов, Д.А. Калюжная, А.Г. Рекс, В.И. Каленчук, Г.А. Жуков, Р.Е. Политов [et al.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 1. С. 102-119. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-1-102-119.

18. Pohl H.A. Some effects of nonuniform fields on dielectrics // Journal of Applied Physics. 1958. Vol. 29, no. 8. P. 1182–1188.

19. Srinivasan G.J., Satyanarayana P., Thirunavukkarasu G. Liquid drops in rise against gravity through a viscous medium: Drag force by the method of dimensions and comparison with liquid drops in fall under gravity // Current Science. 1996. Vol. 71, no. 12. P. 989-995.

20. Sokolov E., Kalyuzhnaya D., Ryapolov P. Behavior of» non–magnetic liquid-magnetic fluid» emulsions in microchannels under the influence of an inhomogeneous magnetic field // IEEE Transactions on Magnetics. 2025. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10900568/. https://doi.org/10.1109/TMAG.2025.3544657.

21. Dynamics of floating droplets of a magnetic liquid in glycerol in a flat channel under the influence of a magnetic field / E.A. Sokolov, D.A. Kalyuzhnaya, A.A. Pribylov, R.E. Politov, P.A. Ryapolov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2024. Vol. 88, no. 10. P. 16361641.

22. Formation and behaviour of active droplets and bubbles in a magnetic fluid in an inhomogeneous magnetic field / E. Sokolov, D. Kaluzhnaya, E. Shel’deshova, P. Ryapolov // Fluids. 2022. Vol. 8, no. 1. P. 2. https://doi.org/10.3390/fluids8010002.


Рецензия

Для цитирования:


Соколов Е.А., Ряполов П.А. Поведение дисперсных сред на магнитожидкостной основе в неоднородных магнитных полях. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2025;15(1):177-193. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-177-193

For citation:


Sokolov E.А., Riapolov P.A. Behavior of disperse media based on magnetic fluids in inhomogeneous magnetic fields. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2025;15(1):177-193. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-177-193

Просмотров: 43


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1528 (Print)