Magnetfelder machen Wirbel
Forscher aus Ilmenau haben neue Wirbelstrukturen bei der Flüssigmetallströmung entdeckt.
Forscher aus Ilmenau haben neue Wirbelstrukturen bei der Flüssigmetallströmung entdeckt.
Die Umströmung eines Hindernisses ist ein klassisches Problem in der Strömungsmechanik. Wohlbekannte Beispiele aus der Technik sind die Umströmung eines Flugkörpers oder eines PKW. Interessant wird es, wenn das Hindernis für die Strömung ein Magnetfeld ist – ein Phänomen bei Strömungen in flüssigen Metallen. Wissenschaftler der TU Ilmenau haben nun experimentell ein komplexes Strömungsmuster hinter dem Magnetfeld nachgewiesen.
Die Versuchsanordnung, in der das Muster realisiert werden kann, ist vom Prinzip her denkbar einfach: In einem flachen Kanal werden unter und über dem Kanal zwei gegenüberliegende Magneten mit entgegengesetzter Polung angebracht. Das Magnetfeld, das durch den Kanal hindurchgreift, bremst durch die elektromagnetische Wechselwirkung in seinem Einwirkungsbereich die Strömung ab; und zwar am stärksten dort, wo das Magnetfeld am intensivsten ist. Auf diese Weise wird die Strömung gezwungen – ähnlich wie bei einem materiellen Hindernis – um das Magnetfeld herumzufließen. Der strömungsbremsende Effekt von Magnetfeldern auf Flüssigmetallströmungen ist seit längeren bekannt und wird in der Metallindustrie (z. B. beim kontinuierlichen Gießen von Stahl) benutzt, um unerwünschte Strömungen zu unterdrücken.
Neu ist, wie die Ilmenauer Forschergruppe Magnetofluiddynamik in der Zeitschrift Physical Review Letters berichtet, dass hinter dem Magnetfeld ein komplexes Strömungsmuster aus sechs miteinander verbundenen, stationären Wirbeln entstehen kann. Das Wirbelsextett wurde sowohl im Experiment durch Ultraschallmessung als auch in aufwändigen dreidimensionalen numerischen Simulationen nachgewiesen. Der neu gefundene Effekt bedeutet einerseits einen Fortschritt für das Verständnis der Beeinflussung von Flüssigmetallströmungen durch Magnetfelder, andererseits gibt es für ihn ein interessantes Anwendungspotenzial zur berührungslosen Kontrolle von heißen Flüssigmetallschmelzen in der Metallindustrie.
Quelle: Technische Universität Ilmenau
Weitere Infos:
- Originalveröffentlichung:
E. V. Votyakov, Yu. Kolesnikov, O. Andreev, E. Zienicke und A. Thess, Structure of the Wake of a Magnetic Obstacle, Phys. Rev. Lett. 98, 144504 (2007).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.144504 - Forschergruppe Magnetofluiddynamik:
http://www.tu-ilmenau.de/fg-magnetofluiddynamik/ - Technische Universität Ilmenau:
http://www.tu-ilmenau.de
