内部微粒子の挙動を考慮した磁性流体の基礎的流動特性に関する研究

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磁性流体は周囲の電磁場の状況によってその流動特性を変化させることから、機能流体として注目されている。この磁性流体の流動特性を解析する場合、強磁性体であるけん濁微粒子の内部回転などの挙動を考慮する必要がある。とくに強磁性体微粒子は電磁場と流れ場の両方の影響を受けるため、磁性流体の磁化は電磁場と流れ場の複雑な相互作用の影響を受ける。このため、磁性流体の構成方程式は確立されていない。本研究において、熱力学の基本法則と材料の性質は座標系に依存しないという基本原理とから内部微粒子の挙動を考慮した磁性流体の基礎方程式系を誘導した。とくに磁性流体の新しい磁化の方程式を提案した。つり合い方程式は質量、運動量、角運動量、エネルギーなどの各保存則から誘導し、材料の性質を表す構成方程式は前述の基本原理と熱力学的手法によって決定した。これまでの磁化の方程式では時間的に変動する電磁場のもとでは適用できない、あるいは物理的に不適当な結果を誘導するなどの不満な点があったが、これらを解決した。磁性流体中の磁化は磁場、磁場の時間的変化率、内部微粒子の回転角速度、磁性流体の密度(内部微粒子の体積濃度に関係する)などに依存することを示した。なお、これらの成果を1994年秋の米国物理学会において発表した。また、新たに提案した磁化の構成方程式の物理的妥当性を検証するために、平行平板間内一定圧力勾配流れ、静止磁性流体に回転磁場を印加した場合等について、磁化の方程式から得られる結果を検証した。