Microestrutura e magneto-reologia de ferrofluidos em cisalhamento : teoria e simulação

Abstract

Neste trabalho é investigado o comportamento reológico de um ferrofluido em cisalhamento simples com um campo magnético uniforme transversal aplicado. São analisados os comportamentos da magnetização, da viscosidade e das diferenças de tensões normais em diferentes condições de campo magnético, de taxa de cisalhamento, de interação dipolar e de grau de polidispersidade. O estudo é feito por meio de simulação computacional direta de partículas usando Dinâmica Browniana. São incluídos os efeitos do movimento browniano, da camada de surfactante e da atração de van der Waals. As interações dipolares são computadas usando o método das Somas de Ewald, com um domínio de simulação periódico. Os resultados mostram que o aumento da viscosidade com o campo magnético aplicado é fortemente influenciado pela polidispersidade do ferrofluido e pela presença de interações dipolares. Por meio da análise do domínio de simulação, é possível observar a formação de estruturas em baixas taxas de cisalhamento, em especial para os ferrofluidos polidispersos. Os resultados mostram também uma diminuição da viscosidade do ferrofluido em função da taxa de cisalhamento, com comportamento diferente em duas regiões distintas. As diferenças de tensões normais existem mesmo sem interações dipolares, tendo origem nas colisões entre as partículas e na anisotropia inicial causada pelo cisalhamento. As interações dipolares intensificam as diferenças de tensões normais e deixam o comportamento dessas mais complexo, quebrando a monotonicidade em função da taxa de cisalhamento. Neste trabalho também são estudados modelos teóricos de magnetização em equilíbrio e fora de equilíbrio. É apresentada uma solução numérica para a equação de Smoluchowski para a função densidade de probabilidade de orientação de uma partícula magnética isolada. Com isso é possível verificar o comportamento de modelos teóricos comumente utilizados na literatura.