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[pt] INSTABILIDADE MAGNÉTICA INDUZIDA POR UM FIO COM CORRENTE ELÉTRICA DE FERROFLUIDO CONFINADO EM UMA CÉLULA DE HELE-SHAW / [en] MAGNETIC INSTABILITY INDUCED BY A CURRENT-CARRYING WIRE OF FERROFLUID CONFINED IN A HELE-SHAW CELLFABIANO EDSON CARLOS 10 December 2024 (has links)
[pt] Empregamos simulações numéricas para calcular a forma da interface
que separa uma gota de fluido não magnético cercada por um ferrofluido confinado em uma célula de Hele-Shaw. O sistema está sujeito a um campo magnético azimutal gerado por um fio condutor de corrente. O campo azimutal
tem um efeito desestabilizador na interface e puxa o ferrofluido radialmente
para dentro. Por outro lado, a tensão superficial tende a estabilizar as deformações da interface. O comportamento dinâmico e as formas morfológicas
resultantes também são influenciados pelas viscosidades de ambos os fluidos e
pela suscetibilidade magnética do ferrofluido. No presente trabalho, empregamos um método preciso de integrais de contorno baseado no formalismo de
vortex sheet para examinar a dinâmica não linear e determinar essas deformações interfaciais. Analisamos como a interação entre efeitos magnéticos, de
tensão superficial e de viscosidade afeta a morfologia da interface. Isso é capturado variando os parâmetros adimensionais que controlam o escoamento.
São eles: a susceptibilidade magnética do material magnético, o contraste de
viscosidade entre a gota não magnética e o ferrofluido e a tensão superficial
efetiva, que pondera efeitos da tensão superficial com a intensidade do campo
aplicado. Comparamos casos particulares de nossas simulações não lineares
com previsões teóricas de uma análise perturbativa de modos acoplados que
retém termos lineares e fracamente não lineares. A concordância entre as duas
abordagens para tempos curtos corrobora a validação do método numérico e
indica a validade e algumas limitações da abordagem aproximada / [en] We employ numerical simulations to calculate the shape of the interface
separating a nonmagnetic fluid droplet surrounded by a ferrofluid confined
in a Hele-Shaw cell. The system is subjected to an azimuthal magnetic
field generated by a current-carrying wire passing through the center of the
nonmagnetic droplet, perpendicularly to the Hele-Shaw plane. The azimuthal
field has a destabilizing effect on the interface and pulls the ferrofluid radially
inwards. On the other hand, surface tension tends to stabilize interface
deformations. The resulting dynamic behavior and morphological shapes are
also influenced by the viscosities of both fluids and the magnetic susceptibility
of the ferrofluid. In the current work, we employ an accurate boundary
integral method based on the vortex-sheet formalism to examine the nonlinear
dynamics and determine these interfacial deformations. We analyze how the
interaction between magnetic, surface tension and viscosity effects affects
the interface morphology. This is captured by varying the dimensionless
parameters that control the flow. They are the magnetic susceptibility of the
magnetic material, the viscosity contrast between the non-magnetic droplet
and the ferrofluid, and the effective surface tension, which balances the effects
of surface tension with the intensity of the applied field. We compare particular
cases from our nonlinear simulations with theoretical predictions from a modecoupling perturbative analysis that retains linear and weakly nonlinear terms.
The correspondence between the two approaches for short times corroborates
the validation of the numerical method and indicates the validity and some
limitations of the approximate approach.
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