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

Abstract

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.