Flow patterns generated by a strong magnetic field

The influence of a strong magnetic field on a paramagnetic fluid in a cylindrical enclosure of thermosyphon-like geometry was studied. A variety of spoke patterns was experimentally obtained and recorded. The analysis led to some data about the temperature field and, indirectly, about the flow structure. The results related to the heat transfer rate confirmed the conclusions coming from the flow visualization.

Przedstawione zostały badania dotyczące struktury przepływu w geometrii cylindrycznej typu odwrócony termosyfon (tzn. górna część cylindra była grzana, a dolna chłodzona). Naczynie eksperymentalne napełnione cieczą paramagnetyczną zostało umieszczone w przestrzeni badawczej magnesu nadprzewodzącego, generującego silne pole magnetyczne (maksymalna indukcja magnetyczna 5 Tesli). Badano wpływ pola magnetycznego na strukturę przepływu, dokonano wizualizacji pola temperatury przy pomocy ciekłych kryształów oraz pomiaru temperatury za pomocą termopar. Bez pola magnetycznego oraz dla indukcji magnetycznej poniżej 1 Tesli w naczyniu nie obserwowano ruchu konwekcyjnego, a co za tym idzie również żadnej struktury przepływu. Dla indukcji magnetycznej powyżej 1 Tesli w naczyniu eksperymentalnym została zapoczątkowana konwekcja magnetyczna, co objawiło się pojawieniem struktury szprychowej. Struktura szprychowa, typowa dla konwekcji naturalnej w termosyfonie (tzn. górna część cylindra chłodzona, a dolna grzana) uległa zmianie - wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej wzrastała liczba płatków, co sugerowało intensyfikację konwekcji. Wyniki wizualizacji zostały potwierdzone przez pomiary termiczne oraz wyznaczoną liczbę Nusselta.