Do Thi Kim Thoan * , Le Phuong Thao and Pham Gia Khanh

* Corresponding author (dtkthoan@ctu.edu.vn)

Abstract

This study is devoted to evaluating the effect of magnetic field on thermoconvection in a layer of ferrofluids. The linear and weakly nonlinear flow stability analyses that are presented here illustrate an intricate interplay between thermogravitational and thermomagnetic mechanisms of convection in one of the practically important geometrical setups, an inclined fluid layer heated from below. The low-dimensional amplitude evolution equations of Landau type are derived to model the physical phenomena of interest. The solutions of the so-obtained dynamical system show that the application of magnetic field can indeed trigger convection in regimes where natural convection cannot exist, thus enhancing heat transfer.
Keywords: Heat transfer, Landau constant, Navier – Stokes system, Nuselt number

Tóm tắt

Nghiên cứu này nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của từ trường lên sự đối lưu nhiệt trong một rãnh chứa chất lỏng sắt từ. Giải tích tuyến tính và phi tuyến được sử dụng nhằm khảo cứu sự tương tác giữa trọng lực và từ trường trong mô hình rãnh chất lỏng nghiêng được cấp nhiệt từ bên dưới. Mô hình xấp xỉ Landau được xây dựng để khảo sát các hiện tượng vật lí. Nghiệm của bài toán hệ động lực chỉ ra rằng từ trường đã giúp đối lưu nhiệt xảy ra ngay cả khi đối lưu tự nhiên không tồn tại và do vậy đã làm tăng khả năng truyền nhiệt.
Từ khóa: Hệ Navier – Stokes, hệ số Landau, hệ số Nusselt, truyền nhiệt

Article Details

References

B. A. Finlayson, 1970. Convective instability of ferromagnetic fluids. Journal of Fluid Mechanics. 40(4): 753–767.

K. G. Pham, 2018. Thermomagnetic convection in an inclined layer of ferromagnetic fluid. PhD thesis, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia.

H. Rahman and S. A. Suslov, 2016. Magneto-gravitational convection in a vertical layer of ferrofluid in a uniform oblique magnetic field. Journal of Fluid Mechanics. 795: 847–875.

S. A. Suslov, 2008. Thermo-magnetic convection in a vertical layer of ferromagnetic fluid. Physic of Fluids. 20: 084–101.

P. G. Drazin, 2002. Introduction to Hydrodynamic Stability. Cambridge University Press, United Kingdom, 259 pages.