铁磁流体中非磁性液滴的悬浮

本工作的核心主题是:密度较大的非磁性液滴在重力作用下稳定悬浮于相对较轻的 ferrofluid(铁磁流体)——这一在铁磁流体动力学中极少被考虑的系统——内部是可能的,并展现出独特的界面特征;然而,悬浮轨迹的稳定性取决于适当的磁场调制。我们探究了在二维中,平面非磁性液滴因空间复杂但系统性生成的磁场而逆重力悬浮于铁磁流体内部时的形状与时间动力学。研究了黏度比的影响、悬浮路径的稳定性以及存在多个稳定平衡态的可能性。我们发现,在黏度比的某些条件下,液滴表面会出现尖点与奇异性;该现象我们也通过实验观察到,并与模拟进行了比较。我们的模拟紧密复现了悬浮液滴表面的奇异突起。最后,我们给出了液滴竖直轨迹的动力学模型。该模型揭示了悬浮起始条件及平衡悬浮高度的关系。模型在稳态附近的线性化表明,平衡点的性质随控制参数经历从螺旋点到结点的转变,这本质上意味着到达平衡的时间路径可以是单调的或起伏的。液滴轨迹的解析模型与详细模拟高度吻合。(完整摘要见草稿)。