Die Umströmung von Hindernissen wie Flugzeugen oder Autos ist mittlerweile gut untersucht. Interessant wird es jedoch, wenn das Hindernis für die Strömung ein Magnetfeld ist – ein Phänomen bei Strömungen in flüssigen Metallen. Wissenschaftler haben jetzt in Experimenten und mithilfe von Computersimulationen ein komplexes Strömungsmuster hinter dem Magnetfeld nachgewiesen.
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Die Versuchsanordnung, in der die Forscher der TU Ilmenau das Muster produziert haben, ist denkbar einfach: In einem flachen Kanal bringen sie unter und über dem Kanal zwei gegenüberliegende Magneten mit entgegengesetzter Polung an. 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 zwingen die Wissenschaftler die Strömung um das Magnetfeld herum zu fließen. Der strömungsbremsende Effekt von Magnetfeldern auf Flüssigmetallströmungen ist seit längeren bekannt und wird in der Metallindustrie – beispielsweise beim kontinuierlichen Gießen von Stahl – benutzt, um unerwünschte Strömungen zu unterdrücken.
Ein Verbund aus sechs Wirbeln
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 haben die Physiker 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 Anwendungspotential zur berührungslosen Kontrolle von heißen Flüssigmetallschmelzen in der Metallindustrie.
(idw – Technische Universität Ilmenau, 20.04.2007 – DLO)
