Bubble dynamics in magnetic fluids : theory and applications

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo principal investigar o comportamento não-linear de uma bolha imersa em um fluido magnético, sujeita a um campo de pressão acústico e um campo magnético. Uma nova versão da equação de Rayleigh-Plesset e proposta com o tensor magnético. Esta equação para dinâmica de bolhas e resolvida computacionalmente pelo método Runge-Kutta de quinta ordem com passo de tempo adaptativo, visando diminuir o custo computacional. O código e validado por meio de uma teoria assintótica em função da amplitude de excitação e do numero de Reynolds Magnético. A influência de parâmetros adimensionais e investigada, como o numero de Reynolds e Weber e dos parâmetros magnéticos, como Reynolds Magnético e Susceptibilidade Magnética. A excitação magnética aplicada foi variada contando com campos oscilatórios e constantes. Uma solução assintótica para o raio mínimo de colapso e apresentada. Isto permite uma analise utilizando tanto as teorias de estabilidade linear hidrodinâmica quanto as teorias não-lineares - como as redes neurais e os expoentes de Lyapunov. Uma serie de analises como diagrama de bifurcação dos padrões vibracionais e diagramas de colapso são construídos. Neste contexto, um novo método baseado nas ferramentas de diagrama de fase e DFT e proposto para analisar o comportamento da bolha oscilando em diferentes números de Reynolds Magnético e Suscetibilidade Magnética. Os novos padrões vibracionais apresentados devido ao acoplamento das escalas de tempo do problema são estudados e que leva a identificação de padrões caóticos. Neste sentido, a magnetização do ferrofluido e analizada tanto do ponto de vista das interações partícula-partícula, utilizando-se tanto das ferramentas já apresentadas quanto da equação fenomenológica da magnetização. Essa ultima permite a comparação deste modelo com o modelo superparamagnético proposto para a modelagem matemática. Visando verificar os conceitos utilizados e as hipóteses restritivas de movimento radial e não deformação uma bancada experimental e desenvolvida. Nesta bancada, estuda-se uma bolha ascendente em diversos fluidos magnéticos que foram sintetizados para este fim. Estes fluidos tem suas características analizados por meio de um reometro de discos rotativos e um tensiometro. Por fim, adiciona-se um campo magnético estacionário por meio de um ima de neodímio e observa-se como a bolha responde.