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磁力搅拌器跳子的问题

已有 9653 次阅读 2015-2-4 23:30 |系统分类:科普集锦| 力学, 非线性, 模拟, 磁力搅拌器

磁力搅拌器是实验室常用的混合设备。下图是IKA公司的一款搅拌器产品:


(Via IKA)

其内部有一个马达驱动的条形磁铁。使用时将待搅拌的流体放在上面,并加入另一块接近条形的永磁体,称为磁子。马达转动时,内部的磁铁会带动磁子转动,实现搅拌。

下图为各种磁子:


(Via Ultident)

下图为搅拌的情况:


(Via United Nuclear)

下图表现了磁力搅拌器原理:


(Via Bola)


使用烧瓶时,瓶底为一球面,磁子为橄榄形(枣核型),磁子和烧瓶底接触面可以视为一点或两点。理想情况下,磁子会受磁力驱动自旋。但是在特定速度范围内,磁子将会进入一个亚稳态使得其在自旋的同时在瓶底球面内质心运动,其轨迹未必是圆形的。此时称之为跳子。跳子现象在烧瓶内不加溶液或加入各种低粘度流体时均会发生。

一般情况下会发现,速度超过一定阈值则会发生跳子现象。但有时进一步提高转速,跳子现象会自动消除,回归稳态。此时若继续提高转速又会出现跳子。一般认为如果选用合适的磁子,则可以避免这一情况。


能否建立模型,对此过程进行仿真?思路是什么?


下面是一个视频:

IMG_1338_comp.mp4





画了一幅示意图:




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