Hydrodynamic instabilities in microfluidic magnetic fluid flows

Abstract

Abstract in English: Magnetic field induced instabilities of magnetic fluids in microfluidic environment are investigated experimentally using electrically stabilized water-based magnetic nanocolloids. Magnetic micro-convection, observed at a miscible interface in a Hele-Shaw cell in homogeneous field, is studied quantitatively and is compared with theoretical predictions and numerical simulations. An application towards mixing enhancement in microfluidics is considered. The micro-convection study reveals a large effective nanoparticle diffusion coefficient, which mostly arises from a flow induced by the density difference between the miscible fluids. Experiments with magnetic drops, formed by phase separation, show that in a precessing field at magic angle, the drops undergo two shape instabilities as in a rotating field except the initial shape deformation. - - - ANOTĀCIJA LATVIEŠU VALODĀ: Eksperimentāli pētītas magnētiskā lauka izraisītas magnētisko šķidrumu nestabilitātes mikrofluidikā, lietojot elektriski stabilizētus magnētiskus nanokoloīdus uz ūdens bāzes. Magnētiskā mikro-konvekcija, ko novēro homogēnā laukā uz sajaukties spējīgas robežas Hele-Šou šūnā, tiek pētīta kvantitatīvi un tiek salīdzināta ar teorētiskajām sakarībām un skaitliskajiem aprēķiniem. Ir apskatīts pielietojums maisīšanas uzlabošanai mikrofluidikā. Mikro-konvekcijas pētījums atklāj lielu nanodaļiņu efektīvo difūzijas koeficientu, kas galvenokārt rodas no šķidrumu blīvumu atšķirību radītās plūsmas. Eksperimenti ar magnētiskiem pilieniem, kas rodas fāžu atdalīšanās procesā, rāda, ka pilieniem precesējošā laukā pie maģiskā leņķa, gluži kā rotējoša lauka gadījumā, novērojamas divas formas nestabilitātes, izņemot sākotnējo formas deformāciju.