Деформация горизонтального слоя феррожидкости на жидкой подложке под действием магнитного поля

• Автор: Бушуева, Кристина Андреевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Г лава 1. Обзор литературы
Современное состояние исследований
1.1. Магнитные жидкости и их свойства
1.2. Деформация капель и пузырьков в феррожидкости
под действием магнитного поля
1.3. Неустойчивость свободной поверхности магнитной жидкости
1.4. Выводы
Глава 2. Деформация устойчивого разрыва горизонтального слоя феррожидкости в продольном магнитном поле
2.1. Условия существования устойчивого разрыва слоя феррожидкости
2.1.1. Экспериментальная установка и методика эксперимента
2.1.2. Результаты
2.2. Устойчивый разрыв горизонтального слоя феррожидкости
в продольном магнитном поле
2.2.1. Методика эксперимента
2.2.2. Результаты
2.3. Сравнительный анализ деформации газовых пузырьков
и устойчивых разрывов под действием магнитного поля
2.3.1. Методика и результаты эксперимента
2.4. Выводы
Г лава 3. Деформация горизонтального слоя феррожидкости
под действием вертикального неоднородного магнитного поля
3.1. Введение
3.2. Методика эксперимента

3.3. Результаты
3.4. Выводы
Глава 4. Формирование капельных структур феррожидкости
под действием вертикального однородного магнитного поля
4.1. Методика эксперимента
4.2. Результаты эксперимента
4.3. Неустойчивость горизонтального слоя феррожидкости с двумя деформируемыми межфазными границами в однородном вертикальном магнитном поле
4.4. Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Объект исследования и актуальность. Магнитные жидкости представляют собой устойчивые коллоидные растворы магнитных наночастиц в немагнитной жидкости-носителе. Благодаря своему составу магнитные жидкости обладают уникальным свойством изменять свою форму и перемещаться под действием магнитного поля. Такое поведение сразу же ввело магнитные жидкости в круг наиболее перспективных материалов второй половины XX века и предопределило их интенсивное изучение и широкое применение в различных областях науки и техники. В число наиболее популярных приложений магнитных жидкостей в области техники входят магнитожидкостные герметизаторы для изоляции опасных веществ от окружающей среды [1] и уплотнители для устройств, эксплуатируемых в условиях вакуума, а также в контакте с агрессивными газами и жидкостями [2]. Хорошо известны магнитожидкостные сепараторы для разделения цветных металлов по плотности [3], тонкой очистки топлив и масел [4, 5], локальной концентрации магнитных материалов в целях решения задач биомедицины, микрофлюидики и т.д. [6].
Практическое применение магнитной жидкости предполагает оценку характера ее взаимодействия с различными жидкими и газообразными средами. Наиболее простой и перспективной системой для изучения такого взаимодействия является горизонтальный слой магнитной жидкости с верхней и нижней свободно деформируемыми границами - поверхностями контакта с немагнитными жидкостями либо газом. Поведение подобной системы под действием магнитного поля изучено мало. Одной из видимых причин ограниченного числа экспериментальных данных явилось отсутствие прозрачной, химически нейтральной жидкости-подложки, несмешивающейся с магнитной жидкостью и имеющей по сравнению с ней большую плотность.

поверхностного натяжения, сделанному в [10] (Детдля системы H20-CgFi8 на четверть превышает Дет для Н20 - СС14). Причиной этого является распространение по поверхности воды тонкой пленки жидкости-подложки, поскольку последняя выступает в качестве поверхностно-активного вещества (ПЛВ) по отношению к воде благодаря большой разнице поверхностных натяжений. Формирование пленки ведет к значительному снижению поверхностного натяжения воды в области разрыва.
Подобная пленка перфтороктана хорошо видна и на поверхности феррожидкости, однако она занимает существенно меньшую площадь, располагаясь непосредственно вблизи границы разрыва. Оценки, выполненные в [91], показывают, что перфтороктан заметно снижает поверхностное натяжение жидкости верхнего слоя только при Дет свыше 20 дин/см. Для системы «феррожидкость-CgF^» Д<у~ 10 дин/см - соответственно, влиянием поверхностно-активных свойств перфтороктана на величину критических параметров разрыва слоя феррожидкости можно пренебречь.
Для выяснения специфики, связанной с выбором в качестве верхнего слоя жидкостей с малым поверхностным натяжением, можно сравнить зависимости диаметра стационарного разрыва от начальной толщины слоя феррожидкости (рисунок 2.5, а) и воды (рисунок 2.5, б) на CgF]«, заполняющих кюветы различного диаметра. Как следует из сравнения, зависимости h —f(D) для феррожидкости и воды практически подобны. Наиболее сильно снижение сг2 сказывается только в области h —* hmax. Этот вывод подтверждается при рассмотрении критических параметров (h,mx и dmm) устойчивого разрыва слоя для ряда жидкостей на различных подложках в зависимости от диаметра кюветы (рисунок 2.6). Отсутствие зависимости Лтах от D для керосина и обеих феррожидкостей (кривые 1-3 на рисунке 2.6, а) связано с их малым поверхностным натяжением и, соответственно, с их малым капиллярным радиусом, что ограничивает влияние капиллярной деформации поверхности верхнего слоя относительно небольшой областью (по сравнению со всей площадью слоя) даже для кювет малого диаметра.