回転磁場による磁性流体の熱・磁気対流に関する基礎研究

磁性流体が満たされた二重円筒容器内に回転磁場を印加し,磁性流体の対流現象および,その伝熱特性がどのように磁場によって変化するかを調べた。磁場の印加は,二極および四極の三相電動モータによって行った。対流現象を感温液晶シートによって可視化し,その様子をビデオカメラによって撮影を行った。内部の温度分布を容器後方から挿入した熱伝対によって計測し,ヌッセルト数を求めた。主な研究結果およびその成果は以下の通りである。1.最初高温内円筒上部に生じたプルームは磁場によってその回転方向に傾斜するように発達し,やがて内円筒を覆うようになり,伝熱機構が対流からあたかも伝導へと遷移する傾向が見られた。その傾向は,印加磁場の強度,回転周波数の増加と共に顕著となった。2.上述の伝熱機構遷移はヌッセルト数の変化からも定量的に判断できた。3.内円筒を低温,外円筒を高温にした場合,磁気体積力が対流を不安定にさせる要因となり,流れ場が乱れる事が明らかとなた。4.回転磁場印加による対流熱伝達機構を解明するために,流体の浮力と磁気体積力の釣り合いを考慮した無次元数を新たに提案し,それによって,本実験結果をうまく説明する事が可能となった。

磁性流体が満たされた二重円筒容器内に回転磁場を印加し,磁性流体の対流現象および,その伝熱特性がどのように磁場によって変化するかを調べた。磁場の印加は,二極および四極の三相電動モータによって行った。対流現象を感温液晶シートによって可視化し,その様子をビデオカメラによって撮影を行った。内部の温度分布を容器後方から挿入した熱伝対によって計測し,ヌッセルト数を求めた。主な研究結果およびその成果は以下の通りである。1.最初高温内円筒上部に生じたプルームは磁場によってその回転方向に傾斜するように発達し,やがて内円筒を覆うようになり,伝熱機構が対流からあたかも伝導へと遷移する傾向が見られた。その傾向は,印加磁場の強度,回転周波数の増加と共に顕著となった。2.上述の伝熱機構遷移はヌッセルト数の変化からも定量的に判断できた。3.内円筒を低温,外円筒を高温にした場合,磁気体積力が対流を不安定にさせる要因となり,流れ場が乱れる事が明らかとなた。4.回転磁場印加による対流熱伝達機構を解明するために,流体の浮力と磁気体積力の釣り合いを考慮した無次元数を新たに提案し,それによって,本実験結果をうまく説明する事が可能となった。