Исследование диссипации энергии в колебательной системе с магнитожидкостным инертно-вязким элементом

• Автор: Карпова, Галина Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 161 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ ВЯЗКО-УПРУГИХ СВОЙСТВ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ
1.1 Структура “реальной” магнитной жидкости
1 .2.Колебательные системы с магнитожидкостным активным элементом. наделенным вязкостью. Технические и научные разработки
1.3 .Вязкость ненамагниченной магнитной жидкости
1.4.Анизотропия вязкости намагниченной магнитной жидкости, ее неньютоновский характер
1.4.1. Результаты эксперимента
1.4.2.Обобщенные выводы теории
1.5.0бзор известных методов изучения реологических свойств магнитной жидкости
1.6. Выбор и обоснование направления исследования
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
2.1. Методика возбуждения и индикации колебаний в системе с магнитожидкостным инертным элементом, экспериментальная установка
2.2. Параметры колебательной системы. Погрешность измерений частоты и коэффициента затухания
2.3. Методика измерений “вспомогательных” параметров: плотности, сдвиговой вязкости, намагниченности, магнитной восприимчивости исследуемых образцов магнитной жидкости
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
3. ]. Объект экспериментального исследования
3.2. Зависимость упругих свойств от геометрических параметров системы
3.3. Результаты измерений коэффициента затухания исследуемой колебательной системы
ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
4.1. Расчет резонансной частоты колебательной системы с учетом пондеромоторной и газовой упругостей
4.2. Выводы модельной теории о зависимости пондеромоторной упру
гости от смещения положения равновесия МЖ-перемычки
4.3. Модели физических механизмов диссипации упругой энергии
4.3.1. Вклад сдвиговой вязкости магнитожидкостного инертного элемента Модели Пуазейля и Гельмгольца
4.3.2. Вклад теплообмена между газовой полостью и стенками трубы. Модель Кирхгофа-Рэлея
4.3.3. Вклад “проскальзывания” частиц дисперсной фазы. Модель Га-ланина-Владамирского-Рытова
4.3.4. У чет магнитных свойств частиц дисперсной фазы
4.3.5. Сравнение выводов модельной теории с результатами измерений коэффициента затухания колебаний
4.4. Использование результатов НИР в лекционном эксперименте
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой высокодисперсные стабилизированные коллоидные растворы ферромагнитных частиц в жидких немагнитных носителях. Их создание относится к числу наиболее значительных достижений нано-технологий. Благодаря уникальному сочетанию “взаимоисключающих” физических свойств (намагничивание и текучесть) МЖ нашли применение в различных областях науки и техники: магнитожидкостные уплотнения, наполнители зазоров магнитных головок громкоговорителей, управляемые акустические контакты и др.
В большинстве устройств магнитная жидкость служит наполнителем межполюсных зазоров или оболочек, размещенных в межполюсной области и частично заполненных воздухом. Удерживаемая неоднородным магнитным полем капля магнитной жидкости, подпружиненная изолированной газовой полостью, способна совершать колебания. Проявление резонансных свойств при определенных условиях может существенно повлиять на технические характеристики устройств. Особенностью такой колебательной системы является зависимость ее упругих и диссипативных свойств от протекания специфических для инертного элемента - МЖ процессов, испарения жидкости-носителя, растекания по поверхности твердой оболочки, магнитодиффузии, агрегирования, межфазного теплообмена
Уникальными и все еще не до конца изученными являются реологические свойства МЖ. Экспериментальными и теоретическими исследованиями, проведенными Me Taque J.P., Hall W. F., Бибиком E.E, Майоровым M.M., Варламовым Ю.Д., Каплуном А.Б., Суязовым В.М., Шлиомисом М.И., Пшеничниковым А.Ф., Мартыновым С.И. [1-11] показано, что магнитные коллоиды характеризуются дополнительной структурной вязкостью, обусловленной процессами агрегирования феррочастиц, анизотропией вязкост и в магнитном поле, связанной с внутренним вращением и преимущественной
сильно возрастает у границ температурного интервала. Этот недостаток удаётся исключить при аппроксимации экспериментальных данных зависимостью:
г] - Р ехр(Ы / КТ“). (1.26)
К сожалению, коэффициенты Р и N невозможно определить теоретически.
Таким образом реологические свойства МЖ весьма разнообразны. В зависимости от состава, способа получения и последующей очистки от крупных частиц и примесей, от “магнитной'’ предыстории МЖ можно будет отнести к ньютоновскому1 или неньютоновскому типу. Такого рода классификацию можно осуществить только на основе экспериментального тестирования.
1.4. Анизотропия вязкости намагниченной магнитной жидкости, ее неньютоновский характер
1.4.1. Результаты эксперимента
Реологическое поведение МЖ в магнитном поле имеет ряд особенностей. Уже первые экспериментальные исследования вязкости магнитных коллоидов в магнитном поле обнаружили магнитовязкий эффект [4, 60]. Вязкость МЖ зависит не только от величины магнитного поля, но и от его ориентации относительно геометрии течения. Кроме того, магнитный коллоид в магнитном поле становится неныотоновской средой - его вязкость зависит от скорости сдвига [69].
В работе Майорова М.М. [80] приводятся результаты исследования вязкости коллоидных растворов ферромагнетиков двух образцов. Один из них - МЖ на основе магнетита, а другой - коллоидный раствор феррита кобальта Несущей жидкостью служит керосин. Объемная доля частиц соответственно составляет 0.24 и 0,19. Также растворы на основе