Ferrofluid overfladesimuleringer går mere end huden dybt

Computermodeller simulerer effektivt og præcist ferrofluids magnetiske reaktioner ved kun at overveje væskens overflade.

Den piggede struktur, der bryder ud fra den glatte overflade af et ferrofluid, når en magnet bringes tæt på, kan forudsiges mere præcist end tidligere antaget. KAUST -forskere har vist, at beregningsalgoritmer kan beregne ferrofluidens strittende respons på en magnet ved kun at simulere væskens overfladelag.

Ferrofluider er flydende suspensioner af jernbaserede partikler, der opfører sig som en almindelig væske, men når først en magnet er til stede, ferrofluidet formskifter hurtigt for at danne pigge, der flugter med magnetfeltet. Oprindeligt udviklet af NASA, ferrofluids har mange anvendelsesmuligheder lige fra avanceret elektronik til nanomedicin og har potentiale til endnu bredere brug, hvis deres magnetiske reaktioner kunne forudsiges mere præcist.

Dominik Michels og hans team anvender computersimuleringer til at modellere ferrofluidadfærd. "Vores mål er at udvikle en effektiv og præcis algoritme til at simulere de makroskopiske former og dynamiske bevægelser af ferrofluider, "siger Libo Huang, en ph.d. elev i Michels 'team.

For nylig, ser på det bredere felt af væskesimulering, teamet har vist, at konceptet med at simulere væskebevægelse ved kun at overveje væskeoverfladen kan tilpasses ferrofluider.

"Mens den kun overfladesvæske-simulering giver en platform for væskesimulering, dets udvidelse til ferrofluider er signifikant, "Siger Huang. At modellere en væskes adfærd kun baseret på dens overflade, væsken skal reagere på input på en simpel lineær måde. De fleste ferrofluider har en kompleks ikke-lineær reaktion på et magnetfelt.

Imidlertid, holdet viste, at så længe magnetfeltet ikke er for stærkt, svaret er tæt på lineært, gør det muligt for dem at udføre en overfladeberegning af magnetfeltresponsen.

I simuleringen, forskerne repræsenterede den flydende overflade som en række trekanter, Huang forklarer. "Fremstillingen af ​​ferrofluider som overfladetrekanter gav os mulighed for nøjagtigt at estimere krumningen af ​​væskeinterfacet såvel som grænsefladens position, "siger han. Spidsstrukturen kan simuleres ved at beregne samspillet mellem den magnetiske kraft og væskens overfladespænding.

I betragtning af kun væskens overflade, frem for hele dens volumen, gjort simuleringen langt mere beregningsmæssigt effektiv, muliggør mere præcis simulering af den komplekse ferrofluidadfærd. "Vi var i stand til at gengive afstanden mellem pigge i den virkelige væskes pigmønster på en præcis kvantitativ måde, "Michels siger." Vi kunne simulere meget mere kompleks dynamisk bevægelse. "