Los ferrofluidos se pueden utilizar para transferir calor , ya que el transporte de calor y masa en dichos fluidos magnéticos se puede controlar utilizando un campo magnético externo .
BA Finlayson explicó por primera vez en 1970 (en su artículo "Inestabilidad convectiva de fluidos ferromagnéticos", Journal of Fluid Mechanics , 40 :753-767) cómo un campo magnético externo impuesto a un ferrofluido con susceptibilidad magnética variable , por ejemplo, debido a un gradiente de temperatura, da como resultado una fuerza magnética no uniforme, que conduce a la convección termomagnética . Esta forma de transferencia de calor puede ser útil para casos en los que la convección convencional no proporciona una transferencia de calor adecuada, por ejemplo, en dispositivos en microescala en miniatura o en condiciones de gravedad reducida.
El grupo Ozoe ha estudiado la convección termomagnética tanto experimental como numéricamente. Han demostrado 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 characterize 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 del fluido ocurre debido a una fuerza de cuerpo de Kelvin con dos términos. El primer término puede tratarse como una presión magnetostática. Por el contrario, el segundo es importante solo si hay un gradiente espacial de la susceptibilidad del fluido, por ejemplo, en un sistema no isotérmico. El fluido más frío que tiene una susceptibilidad magnética mayor es atraído hacia regiones con mayor intensidad de campo durante la convección termomagnética, lo que desplaza al fluido más cálido de menor susceptibilidad. Demostraron que la convección termomagnética puede correlacionarse 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 con 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 una función de la temperatura. Esto produce una fuerza que puede expresarse en la ecuación de Navier-Stokes o de momento que rige el flujo de fluido como la "fuerza del cuerpo de Kelvin (KBF)". Recientemente, Kumar et.al [6] arrojaron nueva luz sobre la cuestión de más de 20 años de antigüedad de la forma tensorial apropiada de la fuerza del cuerpo de Kelvin en los ferrofluidos.
La fuerza de fricción estática 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 sin rizo , es decir, curl( ℑ ) = 0 para un flujo a temperatura constante. Un campo simétrico de este tipo no altera la velocidad. Sin embargo, si la distribución de temperatura con respecto al campo magnético impuesto es asimétrica, también lo es la fuerza de fricción estática, en cuyo caso curl( ℑ ) ≠ 0. Una fuerza corporal asimétrica de este tipo conduce al movimiento del ferrofluido a través de isotermas .