桑迪亚国家实验室研究员Jim Martin和Kyle Solis有什么Martin称之为“一个问题的魔鬼”。
桑迪亚国家实验室研究员Jim Martin同伴在专门制造的磁铁之间，因为他准备了一个实验，以显示在3厘米（1.2英寸）容器内的液体中形成的图案。他和桑迪亚博士研究员Kyle Solis发现了如何利用磁场以产生剧烈，有组织的液体流动颗粒悬浮液。（照片由兰迪蒙扬亚州）
他们发现如何利用磁场来创造剧烈，有组织的液体流动颗粒悬浮液。当热传递困难时，磁刺激的流动提供了替代方案，因为它们克服了自然对流限制。Martin和Solis甚至展示了传热阀，可能会控制计算机处理器的温度。
但他们不确定流动模式是如何以及为什么发生的，尽管这显然是一种源自基本现象的复杂科学行为。
“仅仅因为一个效应很容易产生，并不意味着它就很容易理解，”马丁说。
他说，模拟的是模拟的艰难问题，而流动模式与微小的粒径相比，模拟的巨大问题也是如此。学生实习计划博士研究人员他和索利斯一直在磁性血小板悬浮液中产生约三年的流动模式。他们在2010年在美国物理研究所的应用物理信件和2012年在美国皇家化学社会中发表了一篇论文，概述了它们如何创造流动模式。Martin领导了一个局部审查，称为“驾驶自组装和胶体悬浮液的紧急动态，”为11月物理学进展的国际期刊报告。
该货币对由能源科学厅资助的研究，专注于延长对液体的新型热量运输的基础知识，评估各种流动的有效性，并在研究人员修改实验参数时探讨发生的事情欧洲杯线上买球。Martin和Solis发现，仅针对形状的磁性颗粒，磁性五彩纸屑的磁性颗粒发现图案。欧洲杯猜球平台球形和棒状颗粒不会产生效果。欧洲杯猜球平台
使流体像对流一样流动
目标是自行制作流体流动，如热对流一样。对对流熟悉，每个人在鸟类或滑翔机上播出水或滑翔机骑在被称为温热的升温空气柱上的鸟类或滑翔机上。然而，它在外太空中不起作用，其中没有重力或液体，而不是在热对象之上。现代世界势力对流通过使用泵和风扇，与流体接触的相关密封件和阀门，但更早或以后的运动部件腐蚀和分解。
马丁和索利斯通过在液体中加入少量的磁片，并施加适度、均匀的交流电(AC)磁场，使液体流动。他们说，这种被称为等温磁平流的现象在非接触热传递方面显示出了非常好的结果，并将有助于冷却微系统、微重力环境下的冷却或在防止对流的环境下进行热传递。
“我们对为什么这些事情发生了很大的理解，但我们可以确定效果是什么以及它的工作程度如何，”马丁说。正在进行的实验与建模相结合，正在推进对该现象的理解。
他说，由于均匀的磁场可以很容易地放大到任何大小，这项技术可以应用于从反应堆冷却到微流体(一个多学科领域的应用，例如，设计系统处理微小体积的流体，如血液样本)的问题。
研究人员发现了他们称之为平流晶格的各种流动模式。“这些模式非常引人注目，因为很难理解为什么流体应该首先流动，因为均匀磁场对粒子没有作用力，只有扭矩，”马丁说。
他将流量格子与飞行，转动的鸟类的嘀咕作用的模式进行比较，“每只小鸟都服从一些简单的规则，就像避免碰撞到邻近的鸟类一样。没有领导者。这些模式刚刚自发地从这些简单的规则中出现。这在这里或多或少都是一样的。每种粒子都遵守简单的规则，但总体上有这种紧急行为非常令人惊讶。“
特制磁铁产生均匀的磁场没有必要为流体流动使用非常强的磁场。研究人员产生均匀的多轴交流磁场，其具有由三个嵌套的线圈组成的特殊构造的磁体，该磁铁组成，该磁线设置成形成三个相互垂直的磁场。想象一个带有线圈的矩形盒子粘在六个侧面中的每一个。相对侧的线圈连接在一起并产生沿着圆柱形轴线的场。该安排使研究人员能够同时沿南北，东西和上下方向具有独立频率的磁场。
净效果是磁场，其方向和幅度随着时间的推移而变化而迅速。
通常，磁场的大小和方向与地球磁场一样是恒定的。另一方面，马丁和索利斯使用的是介于50- 1000赫兹(Hz)之间的交变磁场，即每秒50- 1000个周期。创建流场只需要两个场分量，但三个可以创建特别有力的流。
它们在实验室中展示了图案，首先具有含有小百分比磁性血小板的流体悬浮液，然后用更密集的悬浮液。血小板开始作为混乱的沉积物，但是当施加图案时立即出现，它们的结构取决于所用的磁场。Martin和Solis描述了各种模式，它们的特色尺寸仅仅是毫米的尺寸，正如彼此的蠕虫一样，蝌蚪游泳上游，渔网，沙纹，山脊或河流格。一个图案摇摇欲坠，好像下面的小虫子一样。
马丁在格子流动中指出并不相同的方向：通过流体切割将揭示流动柱的棋盘图案，有些方法和相邻的色谱柱流动相反。
他说:“这是一个神秘的现象。”他用一盏小灯照亮了磁铁中间一个3厘米(厘米)或1.2英寸见方的液体玻璃容器。
图案随着磁场的变化而变化
演示开始时，一对线圈以150赫兹运行，另一对线圈以75赫兹运行。索利斯通过计算机改变频率，并在某一时刻引入一个场分量的轻微频率变化，以连续调节流型。
“样本将通过所有这些转变，”马丁说。“在任何一瞬间，它试图成为这个领域的指导，但现在该领域不断变化，导致模式发展。换句话说，有许多模式是可能的，我们可以通过仔细调整现场分量之间的相位角来选择这些模式。“一种图案是在其邻居的相反方向上旋转的微龙卷风的涡旋晶格。马丁以这种方式解释了这一点：假设您有一个棋盘，其中齿轮安装在每个广场中间的轴上。如果在啮合的齿轮晶格中顺时针转动齿轮，它的四个邻居逆时针旋转，并且每个邻居变为相反的方向等。
“这是一种相同的东西，但这是一个流体，”他说。
Solis通过用更多溶剂稀释流体来改变实验的参数，在这种情况下是异丙醇，或通过除去大部分溶剂。他还上下拨打磁力。一些模式迅速移动，甚至猛烈地移动，解决方案可以突然爬出侧面并溢出。在一点时，Solis关上该领域，流体显示出先前图案的幽灵遗迹。当字段重新启动时，流动立即恢复。
研究人员演示热阀
马丁和索利斯利用这种现象创造了一种热阀，他们可以控制热量的传递或阻断。他们制作了几英寸长的流动细胞，在外墙上放置了砖块，水通过这些砖块来保持寒冷。水块位于一个腔室的侧面，腔室由一个刀片大小的加热器隔开，加热器由嵌入电线的塑料制成。为了测试热传递特性，研究人员让电流流过加热器，并测量它有多热。由于温度取决于腔内磁性流体的传热特性，它们通过控制磁场中血小板的流动来控制温度。
Martin说，一些磁场可以有效地固化流体，使加热器变得非常热，而另一些磁场则产生强大的流动，有效地提取热量，加热器的温度只比水块温度升高0.3摄氏度(约0.5华氏度)。
他说，因此它的作用就像一个阀门，因为它可以将1厘米间隙内的热量传递控制百倍。“想想一个水阀，它可以控制100倍的水流——也许有点漏水，但总比没有阀门好。”他补充说，还有改进的空间。
“传热可以控制在任何尺寸的体积，传热的相对效率实际上增加了规模，”马丁说。“很容易在大体积上产生热传递，因为产生磁场的线圈在任何尺寸上的效率都是一样的。”
等温磁平流有助于有效地控制计算机的过热。马丁说，现代超级计算机中的芯片运行时温度更高，消耗的能量也更多，从它们身上吸收热量是一项限制发展的技术挑战。不仅仅是大系统。索利斯说:“目前在笔记本电脑等个人电子产品上降温的一个限制是，在噪音变得太令人讨厌之前，人们能以多快的速度运行风扇。”
来源:https://share.sandia.gov/