磁性流体的宏观动力学特性和多尺度模型

磁性流体是将纳米磁性颗粒(小于临界尺寸)经表面改性后弥散于液体中而形成的纳米颗粒复合体系（或称软凝聚态物质），容易使用磁场调控其特征，具有重要的理论研究和应用价值。本研究的主要创新是利用微观流变学和连续介质力学，获得磁性流体的多尺度模型，这在文献中还未见报道。具体方法是：以磁性流体中单个和链状颗粒的微观结构作为物理模型，借助微观流变学推导本构方程并使用实验的测量值回归模型参数；在获得流变本构方程的基础上，结合文献中磁性流体的Kelvin力和表面张力，以源项形式出现在多相流模型方程中，构造磁性流体的多尺度模型。通过多尺度模拟，结合快速摄像的实验方法，研究磁性流体的宏观动力学特征，特别是与实际应用紧密联系的自由界面，研究磁性流体在Kelvin力和表面张力作用下的不稳定性及其破裂机制。本研究也是多相流学术体系的重要部分，研究结果可用于化工分离、环保、动态密封、开关、药物定向输送、医疗器等领域。