On the rheology and magnetization of dilute magnetic emulsion under small amplitude oscillatory shear

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Abdo, Rodrigo Figueiredo
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48663
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.
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spelling On the rheology and magnetization of dilute magnetic emulsion under small amplitude oscillatory shearCampo magnéticoReologiaFerrofluidosCisalhamentoTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.Uma emulsão magnética diluída, sob a ação combinada de um campo magnético externo e um cisalhamento oscilatório de pequena amplitude é estudado utilizando simulações numéricas. Nossas simulações consideram um domínio tridimensional onde uma única gota de ferrofluido superparamagnético é suspensa numa matriz não magnetizável e diluída. Além disso, a gota é confinada num canal periódico entre placas paralelas onde o campo magnético externo pode ser imposto em cada uma das direções das coordenadas. O método numérico escolhido baseia-se no método de projeção para as equações incompressíveis de Navier-Stokes, acrescido de um termo interfacial e magnético, e do método level-set para a captura da interface. De acordo com o sinal periódico da gota, estudamos a sua dinâmica, reologia e resposta da magnetização através de uma gama de frequências angulares, amplitudes da taxa de cisalhamento e intensidades do campo magnético externo. Verificamos que o campo magnético pode alterar significativamente a dinâmica e a morfologia da gota, confinando também a gota em regiões de maior ou menor cisalhamento efetivo. Tal fato implica que o campo magnético pode alterar de forma crítica as respostas elásticas e viscosas em função da frequência, especialmente quando orientado na direção da vorticidade, na qual é possível controlar ativamente o tempo de relaxação da gota. Também a este respeito, o campo magnético causa uma anisotropia de tensões na sua respectiva direção de aplicação, o que é demonstrado através das diferenças de tensões normais. Finalmente, embora se trate de uma gota de ferrofluido superparamagnético, encontramos uma componente periódica fora de fase da magnetização, o que significa que o tempo de relaxação magnético é finito e está intimamente relacionado com a relaxação mecânica.A dilute magnetic emulsion, under the combined action of an external magnetic field and a small amplitude oscillatory shear, is studied using numerical simulations. In order to achieve this, our simulations consider a three-dimensional domain where a single superparamagnetic ferrofluid droplet is suspended in a non-magnetizable and diluted matrix. Furthermore, the droplet is confined in a periodic channel between parallel plates where the external magnetic field can be imposed in each of the coordinate directions. The chosen numerical method is based on the projection method for the incompressible Navier-Stokes equations, augmented by an interfacial and magnetic term, and the level-set method for interface capturing. According to the periodic signal of the droplet, we studied its dynamics, rheology and magnetization response across a range of angular frequencies, shear-rate amplitudes, and external magnetic fields. We found that the magnetic field can significantly change the dynamics and morphology of the droplet, also confining the droplet to regions of greater or lower effective shear. Such a fact implies that the magnetic field can critically alter the elastic and viscous responses as a function of frequency, especially when oriented in the direction of the vorticity, in which it is possible to actively control the droplet relaxation time. Also in this regard, the magnetic field causes a stress anisotropy in its respective direction of application, which is shown through the normal stress difference. Finally, although it is a superparamagnetic ferrofluid droplet, we found an out-of-phase periodic component of the magnetization, which means that the magnetic relaxation time is finite and closely related to mechanical relaxation.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasOliveira, Taygoara Felamingo deAbdo, Rodrigo Figueiredo2024-07-09T20:41:56Z2024-07-09T20:41:56Z2024-07-092023-03-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfABDO, Rodrigo Figueiredo. On the rheology and magnetization of dilute magnetic emulsion under small amplitude oscillatory shear. 2023. 109 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48663engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T20:41:56Zoai:repositorio.unb.br:10482/48663Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T20:41:56Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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