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Kontrolle von Strömungen in magnetischen Kolloiden

Subject Area Fluid Mechanics
Term from 2006 to 2014
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 21704730
 
Final Report Year 2015

Final Report Abstract

Das Projekt hat sich mit der Frage beschäftigt, in welcher Weise die magnetische Beeinflussung von Strömungen in Ferrofluiden korrekt beschrieben werden kann. Dazu haben wir als Modell-System die Taylor-Couette Strömung gewählt, da diese einerseits in magnetischen Systemen bereits hervorragend untersucht ist und andererseits durch die Vielzahl der Strömungszustände die erzeugt werden können eine außergewöhnliche Breite an Testzuständen bietet, die damit eine hervorragende Grundlage für einen echten experimentellen Test der theoretischen Ansätze darstellt. Innerhalb des Projekts sind Teilprojekte verankert – in der AG Liu wurde die Frage der Magnetisierungsrelaxation und allgemein der Ferrofluid-Dynamik als Grundlage für eine strömungsmechanische Beschreibung untersucht, in der AG Lücke wurde die Beeinflussung verschiedener Strömungszustände der Taylor-Couette Strömung unter Verwendung verschiedener Modell für die Magnetisierungsrelaxation theoretisch betrachtet, während in der AG Odenbach entsprechende experimentelle Untersuchungen durchgeführt wurden. Im Rahmen des Projekts hat sich gezeigt, dass die Ferrofluid-Dynamik für Fluide in denen die interpartikuläre Wechselwirkung der magnetischen Teilchen nicht zu stark ist vollständig formuliert werden kann, während die Betrachtung von Fluiden mit starken Wechselwirkungen und daraus resultierenden starken viskoelastischen Eigenschaften noch nicht abgeschlossen werden konnte. In den theoretischen und experimentellen Untersuchungen zur magnetischen Beeinflussung der Taylor-Couette Strömung haben sich signifikante Veränderungen sowohl der kritischen Reynolds-Zahlen, bei denen bestimmte Strömungszustände auftreten, als auch der Strömungsstrukturen selbst ergeben. Es konnte hier gezeigt werden, dass bereits mit einfachen Modellen zur Magnetisierungsrelaxation eine Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment erzielt werden kann, die im Rahmen der Messgenauigkeit der Untersuchungen eine sehr gute Beschreibung des Strömungsverhaltens erlaubt. Es wird eine interessante Frage für zukünftige Untersuchungen sein, inwiefern diese einfache Form der Magnetisierungsrelaxation auch für Fluide mit sehr starker interpartikulärer Wechselwirkung hält, oder ob in solchen – magnetorheologischen – Fluiden die komplexeren Beschreibungen der Ferrofluid-Dynamik benötigt werden.

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