基于STEAM理念的高中化学创新实验研究——四氧化三铁磁流体的制备和性质探究

介绍了基于STEAM理念下让学生制备和表征四氧化三铁磁流体的化学实验探究。采用化学共沉淀法制备了磁性Fe3O4纳米颗粒。在外加磁场下磁流体能出现明显凸起。本实验简单、安全、现象明显、试剂用量小、适宜于学生独立实验操作。本研究旨在通过设置科学问题,让学生体验整个科研过程,培养学生的创造力。     

磁流体技术及其应用

自1965年美国研制成功磁流体以来,磁流体的研制引起了人们愈来愈多的重视,磁流体的性能已经有了很大的提高,不同领域的应用正在迅速发展。本文叙述了磁流体的几种主要性质和它在工程、生物、医学上的重要应用。     

磁流体平板热管热性能的实验研究

本文介绍了一种无毛细吸液芯的碟形平板热管,其内部蒸汽腔高度仅为1 mm,用磁流体作工质,并对其性能进行了实验研究.研究了加热功率、充液率、安置方式等因素对磁流体平板热管性能的影响,并将之与工质为水时的结果进行了比较,证明水工质热管不能正常工作的情况下,磁流体平板热管在外加磁场作用下仍能克服重力的作用而表现出良好的均热性能.     

理想磁流体中激波与矩形密度界面相互作用的数值研究

发展一套采用三阶WENO格式和混合GLM方法的理想磁流体数值方法,并对激波与矩形密度界面相互作用进行数值研究.通过圆极化阿尔芬波和旋转激波管问题对数值方法的稳定性和可靠性进行验证.在入射激波马赫数为10,界面内外气体密度比为10的情况,对比不同磁场中矩形密度界面的演变过程.结果表明,磁场能够减少界面上涡量的生成从而抑制界面不稳定性,并且磁场对界面的加速过程以及界面内外气体混合率有影响;而界面的存在将会使波后部分区域磁场增强;由于尖角的存在,矩形界面的发展与圆形界面不同.     

流过半无限竖直可渗透壁面时的磁流体动力学自由对流

研究不可压缩粘性导电流体,流过半无限竖直可渗透平板时,将其偏微分形式的流动和传热的基本控制方程,应用适当的相似变换,简化为非线性的常微分方程组．对两种抽吸参数:大的和小的抽吸参数,采用摄动法得到变换后方程的近似解．数值结果表明,随着磁场参数和抽吸参数的增大,任意点的速度场在减小;磁场参数的影响,引起热边界层厚度的增大;速度和温度场随着热汇参数的增大而减小．     

磁流体动力学在航空工程中的应用与展望

介绍了磁流体动力学在航空工程中的主要应用方式,主要包括:磁流体冲压组合发动机、磁流体涡轮组合发动机、燃烧室后磁流体发电、表面磁流体发电、磁流体加速风洞、磁流体推力矢量、进气道大尺寸磁流体流动控制、边界层分离流动控制、边界层转捩控制、飞行器头部热流控制等;探讨了磁流体技术在应用中存在的关键科学与技术问题,对导电流体的产生、磁流体实验设备与实验技术、多场耦合机理及数值模拟方法等进行了分析;最后对磁流体技术在航空工程上的应用与发展进行了总结与展望.     

磁流体管流的直接数值模拟研究

在开源的CFD 工具包OpenFOAM 环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器,对 2π ×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。     

磁流体方腔槽道流整体线性稳定性数值方法研究

将Chebyshev谱配置法和基于非均匀网格的高阶FD-q差分格式运用于磁流体方腔槽道流整体线性稳定性研究,比较两类数值方法的优缺点.Chebyshev谱配置法收敛快且精度高,但需要构造非常庞大的满矩阵,存储量和计算开销巨大;高阶FD-q差分格式采用了基于Kosloff-Tal-Ezer变换的Chebyshev谱配置点作为离散网格,在保持较高网格收敛精度的同时,差分格式可以采用稀疏矩阵进行存储,显著降低了存储量和计算开销.相比传统的谱配置法,基于非均匀网格的高阶FD-q差分格式计算效率得到显著的提升,将高阶FD-q差分格式运用于非正则模线性最优瞬态增长的计算,计算效果良好.     

基于微流控技术的磁流体载基液的太赫兹透射特性研究

太赫兹(THz)是指频率在0.1～10 THz的电磁波,其波长在30～3 000 μm范围内。由于自然界许多小分子的振动、转动等的频率均在太赫兹波段,并且太赫兹的低电子能特性使其在实验过程中不会对待测样品造成破坏,所以太赫兹技术被广泛地应用于无损检测、生物医学等领域。但是太赫兹在铁磁领域的相关报道还是较少的,因此本研究利用太赫兹时域光谱系统研究了一种新型磁性材料：磁流体的组成部分-载基液的太赫兹透射特性。磁流体是一种兼具液体流动性和固体磁性的新型功能材料,其打破了传统磁性材料的固体形态。磁流体由Fe₃O₄纳米级颗粒以及载基液构成。在前人的研究成果中发现磁性液体不仅具有良好的磁光效应,而且对于一定频率的太赫兹波具有高透射率;另外,在极低频电磁场作用下其可用于医学上的肿瘤治疗,可作为靶向治疗的载药系统。由于磁流体的组成部分-载基液成本较高,因此在实验中运用了微流控技术。微流控技术对检测样品的消耗少、检测速度快,并且可以根据实验需求自行设计沟道,因此是一种便捷的、灵活性好的检测方式。采用对太赫兹波具有高透过率的石英材料制成了夹心式的太赫兹微流控芯片。首先将两块3 cm×3 cm×2 mm的石英玻璃作为基片和盖片,再把强粘黏性双面胶剪刻成镂空样式,形成2 cm×2 cm的方形区域,然后把盖片和基片通过雕刻好的强粘黏性双面胶键合,其沟道厚度为50 μm,可以用于对少量液体的探测,并且可以使载基液呈薄膜状。之后将太赫兹技术和微流控技术相结合,利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统研究了载基液的太赫兹透射特性,通过对太赫兹时域光谱以及频域光谱的研究发现,装有载基液的微流控芯片的信号强度高于空的微流控芯片,这一发现为载基液的应用和深入研究提供了技术支持。