Структурная релаксация и вязкоупругие свойства магнитных жидкостей

• Автор: Зарипов, Авзалшо Карамонович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Душанбе
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ ПЕРЕНОСА, ВЯЗКОУПРУГИХ И АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ
1.1. Обзор экспериментальных исследований вязкоупругих и акустических свойств жидкостей
1.2. Краткий обзор теоретических исследований вязкоупругих и акустических свойств жидкостей
ГЛАВА II. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ РЕЛАКСАЦИОННЫХ
ПРОЦЕССОВ В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ
2.1. Описание системы и исходные кинетические уравнения для одночастичной и двухчастичной функций распределения
2.2. Уравнения обобщенной гидродинамики магнитных жидкостей
2.3. Уравнение для бинарной плотности частиц магнитных жидкостей
ГЛАВА III. СТРУКТУРНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И ВЯЗКОУПРУГИЕ
СВОЙСТВА МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
3.1. Выражения для коэффициентов вязкости и модулей упругости магнитных жидкостей
3.2. Частотная зависимость коэффициентов вязкости магнитных жидкостей
3.3. Частотная зависимость модулей упругости магнитных жидкостей
3.4. Зависимость коэффициентов вязкости магнитных жидкостей от параметров состояния и напряженности магнитного поля
3.5. Зависимость модулей упругости магнитных жидкостей от параметров состояния и напряженности магнитного поля
ГЛАВА IV. СТРУКТУРНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И АКУСТИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
4.1. Исследование дисперсии скорости и коэффициента поглощения
звуковых волн в магнитных жидкостях

4.2. Зависимость скорости и коэффициента поглощения звуковых волн в
магнитных жидкостях от параметров состояния
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор - устойчивую взвесь мельчайших частиц твердого ферромагнетика в жидкости-носителе. Основным механизмом, обеспечивающим устойчивость взвеси, является броуновское движение частиц. Броуновскому движению подвержены только частицы достаточно малых размеров. Магнитные частицы притягиваются друг к другу и, сливаясь, могут оседать в поле сил тяжести и в неоднородном магнитном поле. Для предотвращения оседания твердых частиц, их покрывают слоем поверхностноактивного вещества, которое препятствует их сближению и слипанию. Таким образом, магнитной жидкостью является устойчивая коллоидная система, состоящая из частиц достаточно малых размеров (0.3-10 нм) твердого ферромагнетика, покрытого слоем поверхностно-активного вещества, распределенных в жидкости-носителе. Концентрация твердых частиц порядка 10,6-10'8 в 1 см3.
Жидкость, в которой взвешено большое количество мелких твердых частиц, можно рассматривать как однородную сплошную среду, если исследуются явления, характеризирующиеся расстояниями, большими по сравнению с размерами частиц. Следует отметить, что характерные времена рассматриваемых процессов должны быть значительно меньше времени оседания частиц в поле сил тяжести и в неоднородном магнитном поле.
Так как твердые частицы магнитной жидкости являются ферромагнитными, соответственно возникает вопрос об их поведении под действием магнитного поля. Если размеры частиц достаточно малы, тогда практически все частицы можно рассматривать как однодоменные. С каждой такой частицей жестко связан некоторый магнитный момент, обусловленный обменным взаимодействием атомов внутри нее. При изменении направления внешнего магнитного поля твердые частицы стремятся повернуться таким

жидкости и жидкой основы [26]. Для умеренных концентрации Р. Розенцвейг, Дж. Нестор и Р. Тимминс [80] предложили для определения относительной вязкости формулу, содержащую два коэффициента: т)1щ =1/(1 + а<р + Ь(р2), где (р - объемная концентрация твердых частиц магнетита. Это соотношение было использовано для расчета вязкости магнитных жидкостей при отсутствии магнитного поля. Для случая высоких концентраций сферических частиц, последнее соотношение в отсутствии магнитного поля М. Майоровым [81] было обобщено в следующем виде: г/т 1г/0 = (- (р)"2 5.
В [82] предложен другой подход к изучению структурообразования. Он основан на предположении, что при наличии структур зависимость вязкости магнитной жидкости от напряжения сдвига носит активационный характер. Показано, что при малом диполь-дипольном взаимодействии между твердыми частицами, то есть при отсутствии структур, вязкость магнитной жидкости зависит от магнитного поля. Эта зависимость обусловлена влиянием магнитного поля на движение магнитного момента и, следовательно, самой частицы относительно жидкости. Теория вращательной вязкости для случая жесткой связи магнитного момента с телом частицы была предложена в работе М.И. Шлиомиса [23]. В отсутствие магнитного поля частица свободно вращается в плоскости сдвига с угловой скоростью сол. = у. В магнитном поле
на нее действует момент сил [тН], под действием которого скорость вращения частицы изменяется. В результате возникает трение между частицей и жидкостью. Если поле достаточно велико, то ориентация частицы фиксирована, со5 = 0, и вращательная вязкость достигает максимального значения. Согласно [23], вращательная вязкость магнитной жидкости пропорциональна вязкости жидкости основы. Как вращательная вязкость, так и влияние поля на движение структур должны проявляться только при несовпадении направлений векторов у и Й. Действительно, как было отмечено в § 1.1, многие эксперименты обнаруживали влияние магнитного поля на вязкость магнитной жидкости как при у±Н, так и при у IIН.