Los ferrofluidos se pueden utilizar para transferir calor , ya que el transporte de calor y masa en dichos fluidos magnéticos se puede controlar mediante un campo magnético externo .
BA Finlayson explicó por primera vez en 1970 (en su artículo "Convective instability of ferromagnetic fluids", Journal of Fluid Mechanics , 40 :753-767) cómo se imponía un campo magnético externo a un ferrofluido con susceptibilidad magnética variable , por ejemplo, debido a un gradiente de temperatura. , da como resultado una fuerza corporal magnética no uniforme, que conduce a la convección termomagnética . Esta forma de transferencia de calor puede ser útil en casos en los que la convección convencional no logra proporcionar una transferencia de calor adecuada, por ejemplo, en dispositivos de microescala en miniatura o en condiciones de gravedad reducida.
El grupo Ozoe ha estudiado la convección termomagnética tanto de forma experimental como numérica. Mostraron cómo mejorar, suprimir e invertir los modos de convección. [1] [2] [3] También han llevado a cabo análisis de escala para fluidos paramagnéticos en condiciones de microgravedad. [4]
Una revisión exhaustiva de la convección termomagnética (en A. Mukhopadhyay, R. Ganguly, S. Sen e IK Puri, "Scaling analysis to caracterize thermomagnetic convection", International Journal of Heat and Mass Transfer 48 :3485-3492, (2005)) También muestra que esta forma de convección puede correlacionarse con un número de Rayleigh magnético adimensional . Posteriormente, este grupo explicó que el movimiento de un fluido se produce debido a una fuerza de cuerpo Kelvin con dos términos. El primer término puede tratarse como una presión magnetostática. Por el contrario, el segundo sólo es importante si existe un gradiente espacial de la susceptibilidad a los fluidos, por ejemplo, en un sistema no isotérmico. El fluido más frío que tiene una mayor susceptibilidad magnética es atraído hacia regiones con mayor intensidad de campo durante la convección termomagnética, lo que desplaza al fluido más caliente de menor susceptibilidad. Demostraron que la convección termomagnética se puede correlacionar con un número de Rayleigh magnético adimensional. La transferencia de calor debido a esta forma de convección puede ser mucho más efectiva que la convección inducida por flotabilidad para sistemas de pequeñas dimensiones. [5]
La magnetización del ferrofluido depende del valor local del campo magnético aplicado H y de la susceptibilidad magnética del fluido. En un flujo de ferrofluido que abarca temperaturas variables , la susceptibilidad es función de la temperatura. Esto produce una fuerza que se puede expresar en la ecuación de Navier-Stokes o de momento que gobierna el flujo de fluido como la "fuerza del cuerpo Kelvin (KBF)". Recientemente, Kumar et.al [6] arrojaron nueva luz sobre la cuestión de más de 20 años de antigüedad sobre la forma tensor apropiada de la fuerza del cuerpo de Kelvin en los ferrofluidos.
El KBF crea un campo de presión estática que es simétrico con respecto a un imán, por ejemplo, un dipolo lineal, que produce un campo de fuerza libre de curvatura , es decir, curvatura( ℑ ) = 0 para un flujo a temperatura constante. Un campo tan simétrico no altera la velocidad. Sin embargo, si la distribución de temperatura alrededor del campo magnético impuesto es asimétrica, también lo es el KBF, en cuyo caso curl( ℑ ) ≠ 0. Una fuerza corporal tan asimétrica conduce al movimiento del ferrofluido a través de isotermas .