微視的構造を考慮した磁性流体の流動特性に関する研究

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磁性流体の流動特性を解析する場合、けん濁微粒子の内部回転を考慮する必要がある。けん濁された強磁性体微粒子は磁場の影響を受けるため、磁場と流れ場との複雑な相互作用となる。このため強磁性体微粒子の運動に関連する磁化の構成方程式は確立されていない。そこで、物理量は座標系に依存しないという標構無差別性の原理と熱力学の第2法則の拡張である最大散逸速度の原理とを基礎にして、磁化の構成方程式を含めた電気的伝導性を有する磁性流体の基礎方程式系の導出を行った。構成方程式の決定には自由エネルギーと散逸関数を基礎にした熱力学的手法を用いた。その結果、得られた導電性磁性流体の磁化の構成方程式は、通常の磁性体と同様の磁化の項のほか、流体の密度変化に伴う磁化の変化を表し磁場の非定常性に関連する項、および強磁性体微粒子の回転による項を含むことを示した。また、微小温度差のある二つの半無限平板間に満たされた磁性流体に一様磁場が印加された場合、一様定常磁場を静止流体あるいは一様流に印加した場合、一様定常磁場を印加した平行平板間単純せん断流れおよび一定圧力勾配流れの場合、静止流体に一様な回転磁場を与えた場合、一様流に対して流れ方向に勾配を持つ磁場を流れ方向に印加した場合、などについて得られた磁化の構成方程式の妥当性を検討した。これにより、磁性流体の流動特性を微視的段階から解析して、内部構造を考慮するような数値解析を行う理論的基礎を確立した。