Акустические и гидродинамические процессы в магнитожидкостных звукопроводах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

рг« оЛ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

АКАДЕМИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ КОМПЛЕКС "ИНСТИТУТ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА им. А. В. ЛЫКОВА "

На правах рукописи

УДК 536: 534.29+532.62

Баев Алексей Романович

АКУСТИЧЕСКИЕ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ ЗВУКОПРОВОДАХ

Специальность: 01.04.14 -Теплофизика и молекулярная физика 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск -1998

Работа выполнена в Институте прикладной физики Национальной академии наук Беларуси

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Крылович В. И.

доктор технических наук, профессор Орлов Д. В.

доктор физико-математических наук, профессор Чеканов В. В.,

Оппонирующая организация: Белорусская государственная

политехническая академия

Защита состоится а декабря 1998 г. в 14 час. на заседании Совета по защите диссертаций Д 01.13.01 при АНК "Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова" Национальной академии наук Беларуси (220072, г. Минск, ул. П. Бровки, 15, тел. 2 84 22 Об)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института тепло- и массобмена им. А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси

Автореферат диссертации разослан /X ■'¿¿.¿у^/ 1998 г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций кандидат физико-математических наук 'Р ^^О^гС. Романов Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Разработка новых способов управления информационными и технологическими потоками акустической энергии представляет значительный интерес как для совершенствования методов и средств неразрушаю-щего контроля, ультразвуковой технологии, метрологии и других областей, так и для создания новых. Для этих целей предлагается использовать магннтожидкостные звукопроводы (МЖЗ) - объемы магнитной жидкости (МЖ), формируемые магнитным полем и обеспечивающие эффективную передачу и преобразование акустической энергии между источником (приемником) упругих волн и объектом. Широкие возможности по созданию стабильного акустического контакта в условиях невесомости, в труднодоступных местах, в зоне повышенной радиации, а также бесконтактные способы изменения параметров упругих волн и управления давлением в МЖЗ являются основой для разработки надежных и высокопроизводительных устройств и технологий, что представляет значительный интерес для использования в народном хозяйстве Беларуси.

Применение МЖЗ требует изучения комплекса взаимосвязанных акустических, тепло- и массообменных и гидродинамических процессов, лежащих в основе передачи и преобразования потоков акустической энергии, что представляет научный интерес с точки зрения акустики и теплофизики гетерогенных систем, гидродинамики намагничивающихся сред. Отсутствие полноты сведений о взаимосвязи акустических свойств со структурой коллоида в температурном диапазоне, включая изменение фазового состояния вещества, не позволяет определить модель адиабатной сжимаемости и выявить роль нелокальных релаксационных механизмов (включая тепловую и вязкую диффузию) и стоксозского поглощения в диссипации энергии упругих волн. Требуется обоснование наиболее эффективным способам возбуждения упругих волн и развитие представлений о механизме термоакустического и магнитоакустического преобразования в МЖ. Не разработана модель формирования МЖЗ в акустическом и магнитном полях, учитывающая особенности массопереноса коллоида, а также проявление магнитостатических неустойчивостей.

Связь работы с крупными научными программами, темами.

Тема диссертационной работы была связана с планами научно-исследовательских работ Физико-технического института и Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси в период 1976 - 1997 г. и является обобщением результатов исследований автора, выполненных по следующим проектам: "Разработать и изготовить ма-

кеты электроакустических преобразователей на частоты 1 кГц - 1 МГц с использованием магнитных жидкостей" - по постановлению ГКНТ СССР N236 от 05.06.78 ; "Разработать методы и средства неразрушающего контроля качества прогрессивных технологических способов повышения износостойкости деталей машин"- по программе "Машиностроение" N per. 01890005619 от 16.05.88; "Исследование особенностей распространения боковых ультразвуковых волн в материалах со структурными неоднород-ностями" - по плану важнейших НИР в области естественных, технических и общественных наук РБ на 1996 - 2000 г., утвержденному постановлением Президиума АН Беларуси от 23.11.95; по проектам Фонда фундаментальных исследований РБ: "Устойчивость, диагностика и прогнозирование свойств магнитных жидкостей в капиллярных системах под воздействием мощных физических полей"- проект Т17-298 от 28.02.94 и "Физические основы магнитожидкостной размероскопии и структуроскопии" - Т96-275 от 17.02.97.

Цель работы - разработка физических основ энергопереноса и формирования магнитожидкостных звукопроводов (МЖЗ) в магнитном и акустическом полях и создание на их основе высокопроизводительных устройств для неразрушающего контроля изделий.

Для выполнения дели потребовалось решить следующие задачи: установить закономерности распространения упругих волн в магнитожидкостных звукопроводах и выявить особенности влияния концентрации дисперсной и несущей фазы, температуры (включая изменение фазового состояния вещества), магнитного поля на упругие свойства и механизмы диссипации акустической энергии;

выявить особенности возбуждения ультразвука в магнитных жидкостях бесконтактными способами и дать анализ механизмам термоакустического преобразования при импульсно-лазерном воздействии и магни-тоакустического преобразования - при наложении переменного магнитного поля;

изучить процессы переноса массы коллоида в магнитном поле, а также переходные процессы при создании акустического контакта и определить оптимальные условия их реализации;

дать теоретическое и экспериментальное обоснование формированию магнитожидкостных звукопроводов в акустическом и магнитном полях применительно к управлению потоками акустической энергии;

разработать методы и высокопроизводительные магнитожидкост-ные устройства для неразрушающего контроля и дать рекомендации по их применению в технической акустике и других областях.

Объектом исследования является магнитожидкостный звукопровод - материальная текучая среда (МЖ), формируемая магнитным полем

з.

и выполняющая следующие функции: а) передачу и изменение направления потока акустической энергии между источником упругих волн и объектом воздействия; б) преобразование энергии внешних полей в упругие волны и преобразование последних в другие формы энергии. Предмет исследования - комплекс взаимосвязанных акустических и гидродинамических явлений, а также процессов переноса тепла и массы в МЖЗ во внешних полях.

Методология и методы проведения исследований.

В основу методологии исследований положен системно-структурный анализ, центральной процедурой его является построение модели объекта - МЖЗ. При этом используется принцип абстрагирования и идеализации и проводится качественный и сущностный анализ исследуемой системы, что позволяет упростить процесс познания объекта, исключив незначимые факторы. При выборе направления исследований и разработке концепции применения звукопроводов проведен теоретический синтез абстракций и использован метод восхождения от абстрактного к конкретному. При изучении механизма бесконтактного возбуждения звука в МЖ релаксационными процессами пренебрегаем - используется модель Розенцвейга; теоретический анализ гидродинамических явлений проводится в квазиравновесном приближении. Базовыми методами исследования акустических и упругих свойств, а также гидродинамических явлений служат ультразвуковые методы: импульсно-фазовый, интерферо-мегрический, метод отраженных импульсов и другие. Механизм термоакустического возбуждения звука в коллоидах изучается на базе метода оптоакустической спектроскопии. Компьютерное моделирование применено при изучении формирования МЖЗ.

Научная новизна п значимость полученных результатов.

1. Установлены закономерности изменения акустических и упругих свойств магнитных жидкостей на органической и водной основе в диапазоне концентраций магнетика, близком к предельному, температурах, включающих область изменения фазового состояния вещества; определена модель адиабатной сжимаемости (с "мягкой" стабилизирующей частицу магнетика оболочкой), дающая расхождение с данными расчета не более 2 т 6%,и выявлена роль нелокальных релаксационных механизмов (тепловая, вязкая диффузия) и стоксовского поглощения в диссипации энергии ультразвуковых волн в коллоидах с разными органическими основами в частотном диапазоне 5+25 МГц.

2. Обнаружено смещение экстремумов адибатной сжимаемости (скорости ультразвука) и температуры кристаллизации МЖ на водной основе в область меньших температур с ростом концентрации магнетика и сделан вывод о существенности процессов гидратации в этом явлении;

показано, что полученные для коллоидов на органической основе (преимущественно на трансформаторном масле) зависимости акустических и упругих свойств при отвердевании подобны установленным для сильновязких жидкостей, описываемых релаксационной дырочно-диффузионной моделью, и определяются преимущественно структурными процессами в дисперсионной среде.

3. Развиты представления о механизме бесконтактных и контактного способов возбуждения ультразвуковых волн: обнаружена пространственная неоднородность структуры подповерхностных слоев разбавленных магнитных жидкостей и показано, что зависимости передаточной функции термоакустического преобразования от концентрации магнетика при импульсно-лазерном воздействии имеют максимум; дана теоретическая трактовка указанным эффектам и оценено влияние магнитного поля на механизм термоакустического преобразования. Уточнена модель процесса магнитоакустического преобразования, обусловленного воздействием неоднородного магнитного поля на жидкость в объеме и скачком нормальной составляющей напряженности поля на границе объема, и предложены способы возбуждения упругих волн в твердых и жидких средах. Обнаружено повышение эрозионной активности акустической кавитации в магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле и дан анализ механизмов этого эффекта.

4. Усовершенствована физическая модель переноса массы при движении магнитожидкостных звукопроводов, учитывающая формообразование мениска магнитным полем, наличие "буферной" жидкости, макро-и микро-геометрию поверхности контакта, а также предложены способы, оптимизирующие расход коллоида и переходные процессы при создании акустического контакта.

5. Развита теория эволюции равновесных объемов жидких сред во внешних полях: определены критические параметры устойчивости фазовых портретов объемов магнитных жидкостей и выявлены особенности изменения топологии системы над намагничивающимся объектом разной кривизны при воздействии акустического и магнитного поля; впервые обнаружено понижение порога рэлеевской устойчивости поверхности жидкости, а также выявлены условия управления ею путем акустического воздействия; получены соотношения, необходимые для поддержания зву-копрозрачности магнитной жидкости в щелевых зазорах, имеющих форму полосы или диска.

Практическая значимость полученных результатов.

Разработаны физические основы и концепция применения МЖЗ для управления потоками акустической энергии применительно к решению широкого класса задач в технической акустике и смежных с ней областях.

Созданы высокопроизводительные магнитожидкостные устройства для неразрушающего контроля объектов подвижного состава железнодорожного транспорта и сварочного производства, авиационной техники, для уровнеметрии, защищенные 23 авторскими свидетельствами на изобретение и внедренные в депо и на вагоноремонтных предприятиях в Минске, Барановичах, Стрые, Рославле , Даугавпилсе, а также на инструментальном производстве (ОИЗ г. Орша), п/я А-1278, на авиационных предприятиях в Минске и в/ч 36986 для контроля дисков турбин авиационных двигателей и других, где применение разработанных устройств с МЖЗ позволило повысить надежность и производительность контроля от нескольких до десятков раз, существенно уменьшить затраты на черновую обработку поверхности объектов. Изложенные в работе методы и технические решения по обеспечению качества продукции объектов транспорта, авиации, машиностроения и других, позволяющие предотвращать брак как при производстве изделий, так и в процессе эксплуатации, использовались и могут быть использованы в качестве коммерческого продукта на предприятиях Беларуси и за рубежом. В результе внедренческой деятельности получено 14 актов о внедрении, две справки о внедрении изобретений сторонними организациями, разработана методика контроля вагонных осей, утвержденная ВНИИ железнодорожного транспорта, г. Москва.

Основпые положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности изменения акустических и упругих свойств магнитных жидкостей на органической и водной основе в диапазоне концентраций магнетика, близком к предельному, температурах, включающих область изменения фазового состояния вещества, и установление температурного диапазона применения магнитожидкостных звукопроводов; определение модели адиабатной сжимаемости (с "мягкой" стабилизирующей частицу магнетика оболочкой), дающей расхождение с расчетными данными не более 2 г 6 %,и выявление роли нелокальных релаксационных механизмов (тепловая и вязкая диффузия) и стоксовского поглощения в диссипации энергии ультразвуковых волн в магнитных жидкостях с разными основами в частотном диапазоне 5 г 25 МГц.

2. Обнаруженный сдвиг экстремумов адиабатной сжимаемости (скорости ультразвука) и температуры фазового перехода первого рода магнитных жидкостей на водной основе в область меньших температур с ростом концентрации магнетика и вывод о существенной роли процессов гидратации в этом явлении; вывод о том, что полученные для коллоидов на органической основе (преимущественно на трансформаторном масле) зависимости акустических и упругих свойств от температуры при стекловании и отвердевании подобны установленным для сильновязких жидкостей, описываемых релаксационной дырочно-диффузионной моделью,

и определяются преимущественно структурными процессами в дисперсионной основе.

3. Развитие представлений о механизмах возбуждения упругих волн в магнитных жидкостях внешними полями: установленные зависимости передаточной функции термоакустического преобразования при им-пульсно-лазерном воздействии от концентрации магнетика в коллоиде, имеющие максимум, обусловленный измением теплофизических и акустических свойств жидкости при варьировании ее состава, и определение оптимального состава жидкости для практического применения; обнаруженная структурная неоднородность подповерхностных слоев разбавленных коллоидов, трактовка явления и оценка влияния поля на термоакустический механизм преобразования. Впервые экспериментально установленные амплитудно-частотные характеристики магнитожидкостных резонаторов на частотах 16 426,7 кГц и уточнение модели процесса маг-нитоакустического преобразования, обусловленного воздействием неоднородного магнитного поля на жидкость в объеме и скачком нормальной составляющей напряженности поля на границе объема; предложенные способы возбуждения упругих волн в твердых и жидких средах.

4. Усовершенствование физической модели переноса массы при движении магнитожидкостного звукопровода, учитывающей формообразование мениска в магнитном поле, макро- и микрогеометрию поверхности объекта и ее смачивание "буферной" жидкостью, и предложенные способы оптимизации расхода коллоида. Обоснование предложенного способа гидродинамического шунтирования, позволяющего в 5 и более раз снизить время переходного процесса при создании акустического контакта.

5. Развитие теории эволюции границы раздела намагничивающихся жидкостей в магнитном и акустическом поле над намагничивающейся подложкой: полученные фазовые портреты и критические параметры устойчивости равновесных форм жидкости и выявленные особенности развития их топологии в зависимости от магнитной проницаемости и кривизны подложки, геометрии источника поля. Установленные возможности управления рэлеевской неустойчивостью поверхности магнитной жидкости при акустическом воздействии и соотношения, необходимые для поддержания постоянства звукопрозрачности контактных слоев жидкости. Способы создания акустического контакта и изменения направленности упругих волн.

6. Обнаруженные эффекты интенсифицирующего действия неоднородного магнитного поля: повышения эрозионной активности акустической кавитации (2 т 3 раза) и ускоренное заполнение капиллярных систем магнитной жидкостью при акустическом воздействии.

7. Концепция применения магнитных жидкостей для передачи и управления потоками акустической энергии и разработанные способы и высокопроизводительные устройства для неразрушающего контроля, ультразвковой технологии и других областей, защищенные 23 авторскими свидетельствами на изобретение.

Личный вклад соискателя Опубликованные по теме диссертации работы выполнены автором лично (без соавторов опубликовано 6 научных работ) или в соавторстве. Автором лично поставлена задача исследований, предложены способы управления потоками акустической энергии и дано теоретическое обоснование проблеме энергопереноса и формирования МЖЗ в акустическом и магнитном полях, а также разработано большинство экспериментальных методик. С соавторами, в основном, разработаны и внедрены устройства и выполнены исследования импульсно-лазерного возбуждения ультразвука в МЖ, рассчитаны численно параметры пленочного течения и равновесные формы жидкостей, экспериментально исследованы их потери.

Апробация работы

Основные положения работы и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях по неразрушающе-му контролю в Минске (1981), Ленинграде (1983,1993), Свердловске (1990), совещениях и конференциях по магнитной гидродинамике и физике магнитных жидкостей в Риге, (1979, 1987 ,1989г.), Плесе (1981,1985,1987,1990 г.), Перми (1990 г), Донецке(1985 г.), на семинарах во Всесоюзном НИИ по неразрушающему контролю (Кишенев, 1983), Институте сварки им Е. О. Патона АН УСССР (Киев 1993 г.), Ленинградском Государственном Университете (1992 г.), з Институте экспериментальной физики Словацкой академии наук (1996 г.), на Международных конференциях по методам неразрушающего контроля в Болгарии (1989 г.), Чехии (1995), Минске (1995 г.), Греции (1995 г.), Индии (1996 г.), на Акустическом конгрессе в Польше (1995 г.), Международных форумах и конференциям по акустике (Бельгия 1996 г.), по магнитной гидродинамике (Рига, 1990 г.) и магнитным жидкостям (Плес, 1996 г., 1998 г., Тимашара, Румыния, 1988 г.), на Международном семинаре "Керамика 96" (Бела-Вежа, Польша, 1996 г.). Материалы диссертации были положены в основу одного из курсов занятий Всеевропейской школы-семинара по магнитным жидкостям (Минск, 1991 г.).

Опубликованность результатов Основное содержание работы опубликовано в 76 научных работах на 224 п. ч., в том числе 1 монографии, 1 брошюре, 17 статьях в научных журналах, 4 статьях в сборниках АН СССР, АН БССР и других, 8

статьях в сборниках докладов международных конференций, в 23 тезисах международных и всесоюзных конференций, 23 авторских свидетельствах на изобретение.

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, общей характеристики работы, 6 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Полный объем диссертации составляет 360 страниц. Из них текстовая часть 219 страниц, 93 иллюстрации и 3 таблицы на 80 страницах, 43 страницы приложений и 18 страниц списка использованных источников из 253 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении дана общая характеристика работы и состояние вопроса к началу исследования, показаны достоверность результатов исследования и авторский вклад в разработку проблемы.

В первой обзорной главе рассмотрена методология и физические принципы использования магнитных жидкостей в технической акустике и смежных областях. Функциональное назначение МЖ определяется совокупностью физико-химических, упругих и акустических свойств. В ультразвуковых технологиях жидкости выполняют не только функцию звукопровода, но и элемента, обеспечивающего преобразование энергии упругих волн в гидродинамические потоки и тепло. Высокий коэффициент звукопрозрачносги на границе жидкость-жидкость и возможность подбора несмешивающихся жидкостей с коэффициентом преломления звука 1,5 г 2,0 и выше позволяют применять их для управления диаграммой направленности и концентрации акустической энергии. Жидкости служат и чувствительной средой, с помощью которой восстанавливается изображение акустических полей. Как показывает анализ достижений химической технологии и тенденций развития акустической техники, один из путей совершенствования последней связан с использованием управляемых внешними полями средами. Анализ структуры и свойств МЖ показал перспективность их использования для совершенствования традиционных и разработки новых способов управления потоками акустической энергии в твердых и жидких средах.

Основой для выполнения настоящей работы послужили результаты исследований волновых, тепло- и массообменных и гидродинамических процессов в магнитных жидкостях (Розенцвейг Р., Кэрри Б. и Фенлон Ф.,. Баштовой В. Г., Цеберс А. О., Чеканов В. В., Тарапов И. Е., Шлиомис М. И. и другие). При теоретическом изучении процессов переноса массы коллоида и капиллярных течений использованы подходы Ландау Л. Д. и

Левина В. Г., Дерягина В. Н., Байкова В. И. и Шульмана 3. П., а также результаты исследований Прохоренко П. П. Для анализа нелокальных релаксационных процессов в МЖ привлекались данные изучения эмульсий и суспензий (Урик Р., Исакович М. А., Михайлов И. Н., Чабан И. А., Ал-легра Д. и Харли С., Рытов С. М., Кольцова Н. С. и другие), а также учитывалась информация по акустическим свойствам и возбуждению звука в коллоидах (Парсон Д., Чанг Д. и Айслер В., Фертман В. Е., Полунин В. М., Гогосов В. В., Соколов В. В., Пацегон Н. Ф., Мансуров К. X., Дмитриев С. П. и др.). Обосновываются цели и ставятся задачи работы.

Вторая глава посвящена экспериментальному изучению упругих свойств (скорости ультразвука С) и механизмов диссипации ультразвука (УЗК) в магнитной жидкости. Исследования проведены в широком диапазоне (близком к предельному) варьирования концентрации магнетика д в образцах МЖ на керосиновой основе (0 г 27,3%), трансформаторном масле (0 * 23,2 %), воде (0 * 7,3%) при температурах, включая диапазон изменения фазового состояния МЖ (210г350 К). Приготовленные образцы прошли обработку с целью исключения примесей и крупных агрегатов: выдерживались в поле и центрифугировались при перегрузке 6000 Проведена электронная микроскопия размеров частиц магнетика.

Для измерения скорости УЗК использован традиционный импульс-но-фазовый и интерферометрический методы, а коэффициент затухания -определяется методом отраженных импульсов (с фиксированной и переменной базой) в частотном диапазоне 5-25 Мгц. Погрешность измерения абсолютной величины скорости С варьировалась от 0,1 г 0,2 до 2 т 3 %, а коэффициента затухания а„ -10 т 20%. Для измерения анизотропии скорости УЗК в поле с чувствительностью ~10'5 использован непрерывный фазовый метод и установка, разработанная в ИПФ АНБ под руководством Крыловича В. И. Для устранения влияния на измерения размагничивающего фактора измерительная ячейка выполнена эллипсоидальной формы. Вязкость МЖ измерена на приборах "Реотест-2" и приборе Хепплера.

Экспериментально установлено, что температурные зависимости параметров^; е {С, =рС, К1=р~'С~2 а„, аз-2/37]со2р'С^ } качественно подобны полученным для дисперсионных основ. Если основа органическая, то температурные зависимости скорости УЗК и адиабатной сжимаемости (3, модуля продольной упругости А7 при 350К<Т< Тс, где Тс - характерная температура стеклования раствора, имеют квазилинейный вид; причем С ("^пересекаются в интервале 480*490 К. Для образцов с керосиновой основой коэффициент ст=дС/дТ=-Ъ,Ъ +-2,В м/сК (0 <д <27,3 %) и ст= -3,5ч--2,9 м/с (С< я <23,2 %), если основа - трансформаторное масло. В окрестности Тс наблюдается резкое изменение указанных па-

раметров Щ и их производных, причем ст возрастает по абсолютной величине в 3-г4 раза, а д{Ял, Кг }/дТ- еще значительнее. Коэффициент аи имеет максимум, который в пределах 2*3 К совпадает с установленным для дисперсионной основы. Увеличивается также и относительный вклад в диссипацию энергии УЗК сдвиговой вязкости, о чем свидетельствует зависимость стоксовского коэффициента затухания (Т). Такое поведение акустических и упругих свойств МЖ (в особенности для образцов на основе трансформаторного масла) характерно для класса сильновязких сред, описываемых дырочно-диффузионной моделью диссипации энергии акустических колебаний (Исакович-Чабан). Считая, что присутствующая в растворе взвешенная фаза "нейтральна" по отношению к структурным параметрам несущей фазы, а также предполагая аддитивность и неизменность вклада сжимаемостей и плотностей компонентов, вводимых в раствор, получим

(С^С)2^(ЯУКЛ/ (1+Аеф =1 + (в, +Лр)д+В,Ар ц2 (1)

¡о !

где£„=]ГРд' , А„= И Р.?/', = <?// Я, Р =р С2; индекс г относит-

¡=0 ¡-о

ся к соответствующему параметру ¡'-ой компоненты, а й - дисперсионной основе. При расчетах предполагается, что стабилизирующая оболочка "твердотельная'УА = 0) либо "мягкая'^о^сопз^. Наилучшее согласие теории и эксперимента наблюдается для"мягкой"модели. В широком температурном диапазоне квазилинейного изменения скорости УЗК отличие расчетных и экспериментальных значений сжимаемостей МЖ на масле и керосине не превышает 4 т 6 %, а скорости - в 2 раза меньше. Использование "твердотельной" модели оболочки стабилизатора дает при расчетах значительно большее расхождение (3 т 4 раза и более - для концентрированных растворов). Возможной причиной этого расхождения является образование химических и хемосорбционных связей стабилизирующей оболочки с поверхностью частицы, что сопровождается понижением адиабатной сжимаемости раствора.

Зависимости Ц(Т) для образцов с водной основой существенно отличаются от упомянутых выше; их изменения в окрестности температуры фазового перехода, включая область метастабильного состояния, незначительные. Впервые установлен сдвиг температуры фазового перехода первого рода Г», а также экстремумов адиабатной сжимаемости, С(Т), Яа(Т), преимущественно, в область меньших температур с ростом содержания магнитной фазы. Максимально зарегистрированный сдвиг температуры кристаллизации коллоидов - 4,ЗК. В окрестности Тк. обнаружен гистерезис зависимости С(Т), достигающий 1% и исчезающий при

комнатной температуре. Указанные эффекты можно обленить, предположив преимущественную роль механизма изменения сжимаемости раствора, вызванного процессами гидратации - при растворении стабилизирующего вещества (олеата натрия) и взаимодействия катионов Ма с молекулами воды. Подтверждением служат данные исследования водных растворов ПАВ, что приводит к подобным (как и на образцах МЖ) зависимостям Ц (Т). (Легко показать, что дополнительной причиной сдвига экстремумов {С, р }=Щ(Т) может быть отличие термических коэффициентов расширения частиц коллоида и основы).

Для объяснения результатов исследования зависимостей Ои(\) и Ои(д) в МЖ привлекаем модели нелокальных механизмов диссипации акустической энергии в эмульсиях и суспензиях и данные исследований Исаковича М. А., Чабан И. А., Аллегра Д. и Харли С., Кольцовой Н. С. и других. Для анализа дополнительного затухания УЗК, вызванного наличием магнитной фазы в раствор, воспользуемся удельным коэффициентом ад =(а„ - а¿¡) / у'д, а для характеристики проявления частотной зависимости релаксационных процессов в диапазоне частот + (5ч-25 МГц) вводим параметр Ап=2-п, где п = / у2)]'!■ Как ус-

тановлено, для МЖ на масле Дл=0,1+0,2, на керосине - 0,3+0,5 , на воде -0,6+0,8. То есть переходная область релаксационных процессов в исследованном частотном диапазоне наиболее ярко выражена для сред с меньшей вязкостью основы. При я <4 т 3% для образцов МЖ на керосине и масле (вязкости которых отличаются на порядок) зависимости ач(ф являются постоянными - в пределах погрешности измерений. Это свидетельствует об аддитивности механизмов диссипации энергии ультразвука в МЖ. Как показывает анализ зависимостей кТ Г],Я = /(у), а также сравнение эксперимента с теорией (Исакович М. А., Аллегра Д. и Харли С.), наиболее вероятными механизмами дополнительного ослабления амплитуды упругих волн в МЖ являются нелокальные (некнезеровские) релаксационные процессы, обусловленные возбуждением в частице и основе тепловых (кт=2к/'кт) и вязких возмущений. На основе

этих механизмов диссипации УЗК может быть дана трактовка отличию в ходе зависимости удельной функции ая(ф=аяТ(ф +ат(ф, полученной для жидкостей на основе масла и керосина. Так, при я <4 т 3% для обоих типов сред потери энергии вследствие термической релаксации адТ(Ф близки по величине, а потери - ат(ф, вызванные возбуждением вязких волн при проскальзывании частиц в жидкой матрице, разные. При*, Л < 0,1 ащ(ф ~(0,20+0,25), если МЖ на керосине, и составляет не-

с, 10 м/с

Ааи?юс1В/м

гоо ТЛ

зоо г К

200 Тт \ 500 т,К

Рис. 1. Акустические и упругие свойства МЖ на основе трансформаторного масла в зависимости от температуры: С - 1+5; стоксовское поглощение о, - 6+8; модуль упругости А> = Р"'- 9 +11; Ла„-12+14; д, %=0 -1, 8> 9> 14; 4;4 - 2, 10; 11,4 - 3, 7; 15,3 - 4; 23-5, 6, 9._______

Рис. 2. Проверка адиабатной сжимаемости (1+8) и зависимости Ла?от д в МЖ на керосине (1, 3, 6, 8, 9, 11, 13, 15) и трансформаторном масле (2, 7, 10, 12,14, 16): зависимости 1,3, 7, 8 - для "мягкой" модели ПАВа, 4+6 - твердотельной модели (р„ =0); V, МГц=5 - 9, 10; 25 - 11, 12; Ж -данные Фертмана В. Я.; е- данные Школьникова Е. Н. по коэффициенту диффузии .О.

сколько процентов от ач{ф, когда основа - масло. Как показывают данные эксперимента, с ростом частоты эта разница нивелируется, что, по-видимому, вызвано попаданием вязкой (нелокальной) релаксации системы в частотную переходную зону. Существенное уменьшение а, с ростом д в растворах на керосине и наличие ее минимума, по-видимому, связано с изменением условий проскальзывания коллоидных частиц в жидкой матрице. Другая же причина может быть вызвана изменением степени агрегации частиц, что подтверждается данными Мессбауэровских исследований Школьникова и других, обнаруживших концентрационный максимум коэффициента диффузии в аналогичных средах при 7^=220 К. По-видимому, указанные выше эффекты не являются значимыми в случае, когда основа МЖ - масло. Они нивелируются в результате резкого роста стоксовской части коэффициента поглощения ультразвука с увеличением д и, возможно, диссипации энергии в результате взаимодействия оболочек стабилизатора и дипольного взаимодействия, на что обратил внимание Соколов В. В..

Исследование влияния однородного магнитного поля напряженностью до 40 кА/м на акустические свойства как разбавленных, так и сильноконцентрированных образцов МЖ показали, что относительное изменение скорости УЗК (при комнатных температурах) не превосходит погрешности измерений, составляющей 0,02 т 0,03%, а коэффициента затухания - несколько десятков дБ (но не больше 100 дБ/м). Это свидетельствует о близости исследуемых сред к классу суперпарамагнитных. Характерной для данного класса МЖ, намагниченных до насыщения и д < 8 -г-10 %, является угловая зависимость коэффициента затухания Ла (ср), максимум которого находится при углах между к и й <р ~ 23 т 30°. Для концентрированных же растворов этот максимум лежит в окрестности (р~0, что согласуется с теоретическими данными Гогосова В. В.. Мийано Р. и Кеггерсон Л. обнаружили, что указанным образом ведут себя анизотропные кривые затухания УЗК в жидких кристаллах с примесями (МЖ с невысокой концентрацией магнетика) и без примесей (концентрированные МЖ). Необходимо отметить, что зафиксированные в ряде исследований аномальные изменения скорости ультразвука и затухания в МЖ в однородных магнитных полях (например, данные Айслера В. и Чанга Д.) обусловлены либо проявлением эффектов агрегативной неустойчивости, либо неучетом ряда методических особенностей измерительной процедуры (способ регистрации сигнала, газосодержание, размагничивающее поле объема МЖ). На основе рассмотренной выше модели адиабатной сжимаемости и данных по влиянию магнитного поля на акустические свой-

ства разработана методика контроля структурной устойчивости, а также -магнитоконвективных и магнитодиффузионных процессов в МЖ.

В третьей главе обоснованы предложенные принципы и способы формирования МЖЗ и выявлены закономерности взаимодействия магнитного и акустического полей со свободной поверхностью жидкости. Моделирование этих процессов проводится на основе модифицированного уравнения статики намагничивающихся жидкостей с разной плотностью р1 (1=1,2) и магнитными проницаемостями обезразмеренном по А^И виде (Ар =ргр2, где к -характерная высота МЖ))

\-о.5^(т2п) +Ри щ'я'-1+ц/аф; =О, (2)

Ф, - магнитостатический потенциал в /' й среде, а Ри=2(р2^2п-р2^1п) -действующее на границу жидкостей давление звука, являющееся аналогом (в магнитостатике) скачку магнитостатического давления 0,5 д М„2. Эволюция границы МЖ1-МЖ2 над намагничивающимся бесконечным пространством или цилиндрическим объектом изучается в приближении тяжелой жидкости: {Ъо=Ар%$/о, Вот; =ро М\УН\1г7/а, $А=Ри Ыо}»\. Источником поля служат кольцевые, либо призматические магниты с размерами 2Лха >:Ь, моделируемые (на основе соленоидального представления) токовыми шинами. С целью обобщения полагаем, что МЖ1 намагничены по закону М,. Фазовые портреты системы (бифуркационные состояния, многосвязность) изучаются в зависимости: от параметра 5,„ - характеризующего соотношение между пондеромоторными силами и силами тяжести; от ц и кривизны подложки; пространственной ориентации магнитной системы. Пусть имеется ряд бесконечных шин с противоположно направленными токами, поле которых эквивалентно полю магнитов, расположенных друг над другом и поляризованных вдоль поверхности объекта (ц < ц 9=71/2). С ростом Бт происходит вспучивание -1 МЖ1 под источником поля (х/=0) и подъем до координаты г/, которому соответствует пороговое значение Затем исследуемая система теряет устойчивость и переходит в новое равновесное состояние с образованием перетяжки. Дальнейший рост Бт приводит к качественному повторению этого процесса без нарушения топологии системы. Если эквивалентом источника поля являются две токовые шины то

Приа>>мт/=Г7-^1к*[;-к-р/;+к;]; л, ?„)/(*+;); х=к/(к+1).

Существенное изменение фазововых портретов наблюдается при наличии намагничивающей подложки. Так, с ростом ц увеличивается Бт1 (до двух раз), и при р. >|д* в начальной фазе эволюции появляются две пучности

Рис. 3. Эволюция границы МЖ в поле токовых шин: а) ц = 1 -0,25-1;0.3-2;0.52-3; 3-4; ц»7: б) 5ОТ=0,255 - 1; 0,6 - 2; 1,46 - 3; 1,6 -4; ъ)8т= 0,5-1; 0,99-2; 1,21 -3; 0,16-4; 1,3-5; г) 1,45-1; 2-2; 3,2 - 3;4 -4.

поверхности МЖЬ симметричные х-0 и расположенные на расстоянии х^ возрастающем с увеличением а, Ь, ё, ц, причем ЛПР <1x^0. При 5„ топология системы нарушается, что сопровождается захватом объема МЖ2 и удержанием под источником. Если токи в рядом расположенных шинах параллельны, то с ростом 5М картина качественно повторяется -происходит последовательный захват объемов МЖг и удержание их между каждой такой парой шин. Для нисходящей ветви эволюции системы существуют условия, при которых нарушается связность обеих сред. Наклон источника поля и изменение кривизны подложки вызывает не только изменение критических параметров устойчивости, но и качественной картины эволюции объемов жидкостей. В частности, для <р=0 существует состояние системы, при котором происходит коллапс защемленного объема МЖг на два или три фрагмента, перемещающегося и деформирующегося по мере роста Полученные фазовые портреты системы демонстрируют уникальную возможность управления с помощью магнитных систем перемещением в пространстве объемов жидких и газовых сред.

При формировании МЖЗ необходимо учитывать эффекты рэлеев-ской и"щелевой"магнитостатической неустойчивости, вызванные размагничивающим полем объема жидкости. Пусть нормально свободной поверхности плоского слоя МЖ накладывается однородное магнитное поле, а воздействующий на ее поверхность акустический пучок в поперечном сечении имеет форму полосы или круглого пятна с поперечным размером

2г. Анализ задачи проводим на основе уравнения (2), где выражение, описывающее действие магнитного поля на МЖ, с точностью до множителя

Ни

в. (Вояг}„ представляется в виде FK =

(H-NzX.J2

■1

y - гДе hi,г

%2i.iHld .

Во„2 = —-—; р.и = ц, / ii2 x,j = %,/ Хг, а Nz - характеризует размагничивающее поле объема МЖ. Данные теоретического анализа и проведенных экспериментальных исследований неустойчивости в акустическом и магнитном поле находятся в качественном соответствии. А именно: рост интенсивности воздействия на свободную поверхность жидкости акустического пучка (SA > 0) или воздушной струи (SA < 0) приводит к снижению критического параметра Во'т2, соответствующего срыву устойчивости. Однако, во втором случае возмущения поверхности "пиковой" формы появляются по периметру лунки, где концентрация магнитных силовых линий выше. В закритических условиях развития неустойчивости зависимость ¿¡(Н) имеет гистерезис, обусловленный механизмом "жесткого режима" ее проявления. Установлено, что при некоторых критических значениях Во"2 и Р" возникают стохастические колебания "пиковой" структуры, обусловленные, как предполагается, изменением поверхностного натяжения и намагниченности МЖ при ее нагреве и отражении УЗК при деформации границы. Изменяя направление акустического пучка, представляется возможным локально "срывать" устойчивость поверхности МЖ и перемещать по ней возмущения в форме пика высотой ~ (0,005 г 0,01) ми более произвольным образом. Предложено использовать указанные выше эффекты для измерения параметров акустического поля, а также для управления акустическим (электрическим, тепловым) контактом. Наложение поля с тангенциально направленными к поверхности МЖ силовыми линиями позволяет эффективно подавить возникновение и "затягивать" фазы развития фонтанирования и распыления МЖ, озвученной с интенсивностью УЗК до 107 Вт/м2, что представляет значительный интерес для ряда процессов ультразвуковой технологии.

Для высокой звукопрозрачности МЖЗ необходимо выполнение условий: 1) устранить смещение слоя МЖ из зоны ввода УЗК под воздействием массовых сил и гидродинамического сопротивления; 2) минимизировать нестабильность акустического контакта, генерируемого случайным появлением в звукопроводе немагнитных (газовых) включений: / = Min

у'

j к/ (Gy - Fd)~ dy , где kf - коэффициент эффективного трения, дейст-

yi

вующий на включение, Fj - сила динамического давления; 3) устранить магнитостатическую неустойчивость МЖ, поскольку, как показано, изме-

нение амплитуды зондирующего сигнала при развитии неустойчивости может составить десятки с!В. Проведенные экспериментальные исследования на плоскопараллельных слоях МЖ толщиной Ь=(0,2 т 3) 10"3м с намагниченностью насыщения Мх= 18 т 61 кА/м, позволили получить зависимости между параметрами магнитного поля и слоя жидкости, при которых обеспечивается устойчивость их свободной поверхности

Во-я'2 = ак0/(М}) >Ри(к0к) {к20 = (М1 |УН|+рё)/о-},

где М/ получена из кривой намагничивания по методу сдвига Рэлея, а чН измерен в отсутствие образца жидкости. Полученные результаты качественно согласуются с данными теоретической модели Цеберса А. О., не учитывающей намагничение слоя по высоте, смачивание стенок и другие факторы. Верхнее пороговое значение Вот2, полученное экспериментально при погрешности измерений не более 15%, не превосходит 0,8 - 0,9, а теория дает 0,73, что свидетельствует об их неплохом количественном соответствии.

Используя подход Цеберса, решена задача об удержании цилиндрического слоя МЖ радиусом г0 и толщиной И, находящегося в неоднородном магнитном поле и поле массовых сил, описываемых

то тО

степенным рядом /4 Л/]Г ст г" Ът гт. Полученное условие

устойчивости МЖ относительно и й моды развиваемых на свободной поверхности возмущений имеет вид (V - зг К?И)

--Да

М 'V "3) * 2(п2 - 1 + 8,)

Вп„(п2 -1)

4(п>-14-5,;' п'-г + з.

где и • преобразованные функции указанных выше полей пондеромоторных и массовых сил соответственно, а - интегральная функция, характеризующая размагничивающее поле МЖ. Варьируя параметры поля и геометрию слоя, имеется возможность оптимизировать условия ввода УЗК в различные объекты.

Если Во« Вот\ »1, а эффектами размагничивающего поля можно пренебречь, то граница раздела МЖ-НЖ совпадает с эквипотенциалями поля источника. Пропуская через эту границу ультразвук и изменяя параметры поля, представляется возможным управлять диаграммой направленности источника колебаний. Комплекс параметров (коэффициент усиления по давлению, фокусное расстояние и другие) при квазистатическом изменении во времени могут быть представлены:

Л ' УдГ]!1Т: " У 8Г.) д!

где Г/ -координаты боковой поверхности, ограничивающие линзу, -изменение объема в единицу времени, тг-скорость перемещения мнимого

источника поля. В отличие от традиционных линз, кривизну которых устанавливают внешним давлением, в предложенном способе формирование границы МЖ-НЖ осуществляется объемными силами. При этом управление границей может производиться изменением интенсивности и направления силовых линий поля, деформацией боковых стенок емкости, подачей определенного количества МЖ в рабочий объем. Отсутствие гибких.(поглощающих звук оболочек}и независимость времени формирования объема от внешнего давления служат основой для расширения технических возможностей фокусирующих устройств с использованием магнитных жидкостей. Если граница МЖ-НЖ плоская , а изменяется направление вектора нормали N, то граница МЖ-НЖ выполняет функцию дефлектора УЗК, и связь между волновыми векторами к, в системе (МЖ-НЖ-объект) имеет вид: к, = Л', {к, [у - к^,к;2(1 - VД)]" ■ • А'А-,+, где к:0 = к: /к,. Отсюда следует, что, изменяя магнитным полем направление нормали границы МЖ-НЖ, можно реализовать в исследуемой среде вращающийся или качающийся луч, возбуждая в объекте продольные, сдвиговые и поверхностные волны. Теоретический анализ инерционных характеристик показывает, что верхний частотный диапазон качания акустического луча ограничен частотой ~ 2 Гц, а вращающегося - в 3 раза больше. Управление направленностью УЗК может осуществляться и в результате изменения расстояния между объемами МЖЗ, помещенными между источником и объектом ввода колебаний.

Для выявления возможностей управления формой объема МЖ в режиме резонанса, как наиболее оптимальном с точки зрения преобразования шля в колебания поверхности, были исследованы амплитудно-частотные характеристики взвешенных в немагнитной среде объемов МЖ диаметром 0,003 т 0,008 м. Увеличение амплитуды напряженности поля На (или Вот2 ) сопровождается не только ростом динамического диапазона изменения радиуса кривизны поверхности МЖ, но и снижением резонансной частоты то, а затем - появлением перетяжки во временной фазе колебаний при некоторых Я*. (При Вот2<< 1 ш=га„и совпадает в пределах погрешности измерений с расчетным значением). При (Вот2)**= 6,5 -г7,5 и та" = га/ш0=0,71 ¿0,77 резонансный режим нелинейных колебаний переходит в режим разрывных колебаний : во второй полупериод перетяжка разрывается, а в первый период - связность объема восстанавливается. Определена граница области топологически устойчивых и неустойчивых объемов МЖ на фазовой плоскости { то/го0, Вот2).

В четвертой главе представлены результаты исследования переноса массы коллоида и щелевых течений в поле магнитных и массовых сил, необходимые для определения расхода МЖЗ, движущегося относительно

контактной поверхности объекта (КП) и оптимизации переходных процессов при создании акустического контакта. Изучается влияние на Q конфигурации поля, геометрии мениска, макро-и микрогеометрии КП и рабочей поверхности устройства (РП), наличия смазочного слоя и других факторов. Основой для разработки физической модели указанного явления применительно к МЖЗ служат результаты исследований Ландау-Левича, Дерягина-Леви, обобщенные Байковым В; И. и Щульманом 3. П. и получивших численно зависимости толщины пленки жидкости 1ц от скорости ее увлечения поверхностью у0 в безразмерном виде 4 (Са) при различном соотношении между капиллярными и гидродинамическими силами. Применительно к магнитным жидкостям (предполагается выполнение степенного закона изменения сдвиговых напряжений от скорости сдвигах = т(^)) - £,„ =1у{отк~'у~0")""*'1, где скалярная величина эффективного градиента

давления, создаваемого пондеромоторными силами и силами тяжести в зоне мениска.

Полагаем: а) МЖ намагничена до насыщения М$ полем первоисточника Н: и размагничивающим полем МЖ, направленным преимущественно тангенциально к его свободной поверхности (УЯ, х,М = М5±х); б) эффективный градиент давления, созданный полем первоисточника и размагничивающим полем одного мениска (/„=2) или двумя (=4) (что реализуется при вытягивании из МЖ тонкого листа толщиной 10), является постоянной величиной и =Рм/х0, где Рм - перепад пондеромоторного давления между вершиной мениска с координатой вершины х0 и ватерлинией МЖ (х=0). Эффективное значение в т в области мениска при различном угле ф между нормалью, проведенной к КП,и силовыми линиями поля имеет вид

От,{ 2[(1 + ^Г-1['+1 }, (3)

где в отсутствие объема мениска и пленки МЖ;

Т2и =8авт,\1~е2к-2М'/; к„=к,,(7!о,ф,к(,4), причем

к, « 1,5-к,-0,5к2/Н1тМ-/-1 + к,Г' приф=0 и НпМ'3!>3/2, где Н1т = #, при х=х0; - интегральные коффициенты, характеризующие х и у

составляющие размагничивающего поля менисков соответственно. Отметим, что в широком дипазоне варьирования Сат ~ где для Са„«1 (приближение Ландау-Лифшица) р«0,5. Поэтому, учитывая (3), следует ожидать, что при некоторых д>д* будет существенно проявляться зависимость £)(ф).

Одна из анализируемых в приближении Ландау-Лифшица задач

поясняется рис. 4. Так, выражение для расхода МЖ при

°т~дх

л

Р8ХХ ~О,5р.0М2г1 +|Л0 \MdlI

=сот1, может быть представлено

0— /О П „ М Г -1'2

-у&Уо ч СУ Сги ,

где 0.1=(1+ Ойпй +3)"°'\ £>2=1 в<> хп0 ху0|; 3 - находится из решения уравнения специального вида, учитывающего влияние угла смачивания в жидкости с РП и угла наклона последней у к оси х\ Q2 - определяется углом <р между проекцией вектора С? т на КП и г0.

Пусть с100 = ф = 71/2, ^ = 9 =0. Тогда, используя (3),

получим: Л ~ К^л / ^.о х {[Ти +]]01 ~гй' \ ■ (Необходимо отметить, что учет реологического фактора, по-видимому, вызовет снижение О-в силу зависимости вязкости от направления напряженности поля по отношению к вихрю скорости). Положив П=л/1, можно оценить существенность влияния собственного размагничивающего поля мениска на потери массы МЖЗ, что реализуется при М° « 32'"'6 (о-|V//, |^)!'3 /¿с5'5 •

Для с!ю »1 <2~(созу/)т(]+ при ¿оо« 1 (2~\хт(§~'{) + 1\':к5.

Численные расчеты показывают, что слой МЖЗ можно считать "толстым" при с1оо »2 и тонким - ¿оо < 0,2 - 0,3. Варьируя параметры {С„,ф,7, ф,у }, можно как минимизировать расход, так и и решать задачу нанесения на объекты слоев МЖ заданной толщины. Для снижения Q предложено использовать "буферные" среды, наносимые предварительно на КП и вызывающие изменение граничных условий течения уносимой пленки коллоида.

Экспериментальная проверка результатов теоретического анализа проведена на основе двух методик: 1) гибкая лента, имитирующая КП, протягивается через объем МЖ, находящийся в поле источника; 2) проводится и-образное сканирование устройства с МЖЗ вдоль поверхности. Скорости сканирования 0,0005 г 0,250 м/с. Управление координагно-перемещающим устройством и проведение расчетов осуществляется с помощью ЭВМ. Преимущественный диапазон варьируемых параметров: у" = ы 0,075 - 1,7, Сат= 0,0005 т 4,

и д = 1,8 т 23,2 %. Данные по реологическим свойствам МЖ получены А. Рексом на установке НААКЕ.

Как показывают экспериментальные исследования, наблюдается неплохое как качественное, так и количественное соответствие между опытными и теоретическими данными логарифмической зависимости \т(Са„), имеющей в широком диапазоне Сат< Са*„ квазилиней-

ный вид, причем расхождение между экспериментальными и теоретическими данными в этом диапазоне не превосходит 10^15%, что близко к погрешности измерений. При Сат > Са*т - зависимость im (Сащ) выходит на плато, и с ростом q - Са*т повышается, что объясняется изменением соотношения между капиллярными, массовыми и гидродинамическими силами, характеризуемого параметром у". Отметим, что расхождение данных эксперимента и теории при Сат > Са*т может составить 20 т25 %, что связано с несовершенством предложенной модели формирования мениска при больших Сат и недостаточно точной аппроксимацией зависимости т=тРезультаты настоящих исследований в совокупности с теоретической разработкой Байкова В. И. и Шульмана 3. П. являютя основанием для создания простого, но эффективного и производительного метода вискозиметрии намагничивающихся жидких сред, включая суспензии. Экспериментально подтверждается сделанный выше вывод о существенном влиянии направления силовых линий поля на толщину пленки МЖ в широком диапазоне Сат. Причем параметр"анизотропии" п может достигать ~ 10 и больше. Столь существенный эффект необходимо учитывать при разработке устройств, использующих в качестве рабочих сред средне- и концентрированные коллоиды. Отметим, что зависимости h0(q) имеют пологий минимум, который для МЖ лежит при 9 % <q<l б % и обусловлен, преимущественно, конкуренцией зависимостей: p(q); Gm(q)\ t\(q), и,в меньшей степени, зависит от скорости РП. Функция потерь массы магнетика hq = h(q возрастает при изменении <7 от 1,8 % до 23,2 % в 10 г 7 раз при v0 = 0,001 т 0,25 м/с.

Подтверждается вывод теоретического анализа о возможности существенного снижения расходных характеристик МЖ и получении "отрицательного" расхода при использовании "буферных" сред - предварительного смачивания КП немагнитной или магнитной жидкостью, имеющей толщину А/. Установлено, что зависимости QQti), как правило, имеют минимум, обусловленный преимущественно процессами гидродинамического перемешивания. Так, если н/л^Л то для снижения расхода МЖ рекомендуется выбирать толщину hj/h2 не больше 0,3 т 0,4, где h2 получена при ht =0. Полученная на основе скей-линга и экспериментальных данных эмпирическая формула для оценки влияния шероховатости рабочей поверхности на потери массы МЖЗ в диапазоне шероховатостей 40>7?г>0 и Соя=0,017 т 0,12 имеет вид

h/h „ = 1 +Ai(R2/h о) + А2 (Rz/h 0)2, где A j и А2- константы.

Анализ задачи создания статического акустического контакта сводится к рассмотрению процесса выдавливания звукопроводной жидкости

Рис. 4 Рис- 5

Рис. 4. Иллюстрация к задаче.

Рис. 5. Зависимость толщины пленки МЖ с масляной основой от скорости ее увлечения ) : данные эксперимента для q % = 23,2 - ; 13,4- ;3,5- ; 1-3 - теоретические зависимости Байкова В. И. и Шуль-манаЗ. П. для у"=0 -1; 0,06-2; 18,2-3.

из плоской полости, создаваемой поверхностями объекта и движущегося устройства; определению и оптимизации времени переходного процесса, обеспечивающего постоянство параметров акустического тракта измерительной или технологической системы. Для характеристики процессов, связанных с изменениями параметров зондирующего сигнала при сближении КП и РП, введена акусто-гидродинамическая постоянная времени та ~,krj(X%)~2, где Х% - максимальное расстояние между РП и КП, при уменьшении которого состояние акустического тракта неизменно; А -фактор формы РП, характеризующий гидродинамическое сопротивление, создаваемое выдавливаемой пленке при ij}=1, где сумма внешних сил, приложенная к РП площадью S. В большинстве случаев время г переходного процесса установки устройства на КП определяется скоростью движения РП в окрестности конечного положения Ь^где /¿«const, a z~hj2. Это позволяет существенно упростить нахождение А для разнообразных форм КП и оптимизировать ее на основе анализа решения уравнения Пуассона относительно функции давления в слое жидкости. Выражения для А в виде быстро сходящихся рядов, позволяющих рассчитать ее и для таких РП, когда аналитических решений нет, получены для РП в форме части сектора, ограниченного двумя радиусами, прямоугольника, треугольника, эллипса. Для радикального снижения г

предложен метод гидродинамического шунтирования, заключающийся в создании на РП шунтирующих гидродинамический поток проточек, не влияющих на акустический тракт системы. В частности, расчеты показывают: для РП в форме круга при оптимальном выполнении одной круговой проточки снижение гидродинамического сопротивления, а следовательно Л£ и % составляет 5,4 раз, двух -13 раз, что подтверждает эффективность метода.

В 5-й главе изучены особенности преобразования внешних полей в упругие волны. Если слой МЖ ограничен с обеих сторон средами с удельным акустическим сопротивлением Дх-р;Ся то передаточная функция преобразования лазерного излучения в акустические колебания имеет вид: К^/ЫрСр)'1 Вр К, К Ка Я (1+ЛМ1, гдеуЗу и Ср - термическая сжимаемость и теплоемкость МЖ соответственно; Ор - коэффициент прохождения света через границу сред, а К, Кг, Ка - интегральные функции, характеризующие спектральные образы лазерного импульса, пространственного распределения поглощения света (тепловых источников) и ослабления УЗК соответственно. Расчетные зависимости передаточной функции ОА-преобразования, полученные для режима отраженного акустического отклика, сравнивались с данными эксперимента, выполненного на базе оборудования Международного лазерного центра МГУ (г. Москва). Зависимости К^^д) имеют максимум в интервале концентраций 9 = 6 ¿12% , а дК^дц - принимает максимальное значение для разбавленных МЖ.

Для МЖ с ^ > 15 ? 20 % уменьшение функции К,га по сравнению с максимумом достигает ~ (25 ^ 30) %. Наличие максимума К^а(й) объясняется конкуренцией акустических и геплофизических параметров, входящих в передаточную функцию и зависящих от содержания магнетика. При этом, выполняются неравенства: 8/дд{С(ф,а{} > 0; д/ад{р-гр'>,СР) < 0. Обнаруженный сдвиг кривых К/га(д) для МЖ на керосине и масле обусловлен разницей коэффициентов поглощения света. Теоретическая и экспериментальная зависимости имеют качественное соответствие, однако численное расхождение между ними превышает погрешности эксперимента, несмотря на поправки, обусловленные механизмом рассеяния излучения (~ 3 %). Как показывает анализ спектра сигнала при ОА-преобразовании, для #>3% выполняется соотношение: й)1=2л/г1«Сац'' и реализуется резким "длинноволнового" ОА-преобразования, при котором излучение трансформируется в тепловую энергию, локализованную в тонком по сравнению с длиной упругой волны слое. "Коротковолновой" режим возбуждения звука (^{»СаС1) реализуется при д < 1 %.

Результаты восстановления функции пространственного поглощения лазерного излучения показывают, что при малых д функция а/(г) изменяется по нормали N к границе светопровод-МЖ. Причем длина характерной зоны этой неоднородности возрастает с уменьшением концентрации магнетика и может составить ~10"4 м. Возможной причиной наблюдаемого эффекта структурной неоднородности МЖ является обеднение подповерхностного слоя твердой фазой, вызванное десорбцией части молекул стабилизирующего вещества с поверхности коллоида, и диффузии их к границе раздела сред. Десорбционные же процессы интенсифицируются в результате ослабления связи ПАВ-частица, что имеет место при разбавлении образцов МЖ в процессе их получения.

Воздействие внешних полей может оказать влияние на механизм термоакустического преобразования, вызывая агрегирование коллоидных частиц или изменяя их концентрацию в подповерхностном слое МЖ (эффекты магнитофореза и электрофореза), что, в свою очередь, приводит к изменению поглощения света, упругих и теплофизических свойств коллоида. По-видимому, проявление этих эффектов существенно лишь в разбавленных МЖ - при коротковолновом режиме ОА-преобразования. Оценим влияние магнитного поля на сигнал-отклик, обусловленный изменением магнитных характеристик тонкого слоя МЖ вследствие его импульсного нагрева для 3-х вариантов:

/-яр, Н(2,х)^сотЦ 1 I - N1111 Ш=сотг; 1П-ЩИ±УН = сотг.

Пусть Ь{—Ра1 /Ра, где Ра, соответствует максимальному отклику, вызванному термическим изменением магнитных характеристик МЖ, а РА - прямому ОА-отклику, вызванному тепловым расширением МЖ, тогда: КМЛ ^УЯ^рг, _ щМ^УЯ^р

Рг I 2 У 2 ~ ' ' рг

1

где Км=^К,; К/ характеризует разориентирующее воздействие нагрева 1-1

на магнитные диполи, а К2 - изменение магнитного момента т материала частиц; К3 = рг. Если £в=тН/квТ» 1, а МЖ намагничена до насыщения, то вдали от температуры Кюри (зависимость т(Т) слабая) Км~$т. При 4в <1 - Км~ Г'. Максимальный же эффект ОА-преобразования достигается в окрестности температуры точки Кюри. На основании проведенных исследований можно заключить о перспективности использования МЖ в качестве высокоэффективного и стабильного элемента ОА-преобразования для целей акустической спектроскопии твердых тел.

При изучении процесса преобразования переменного магнитного поля в упругие волны обращено внимание на необходимость учета воздействия на коллоид не только переменного во времени и распределен-

х

ного по объему давления оЛНА , вызванного неоднородностью

о

поля (пондеромоторньш механизм), но и давления

Р„ + приложенного к границе раздела сред и

обусловленного скачком нормальной составляющей напряженности поля или намагниченности МЖ - МкА. (Нелинейными и релаксационными (тг «<о~') эффектами пренебрегаем). Использование при рассмотрении модели магнитоакусгического преобразования в МЖ термодинамического подхода Ландау-Лившица (примененного ранее для анализа электро-стрикции) показывает, что эффективность возбуждения упругих волн в жидкости и ее нагрев существенно зависят не только от параметров воздействующего поля, намагниченности коллоида, но и от размагничивающего фактора объема МЖ - Ыу. При этом Р„ максимально при Иу =1 и минимально - для №=0, если УНА =0. Значимость проявления в отдельности указанных выше механизмов магнитоакустического преобразования определяется не только параметром ем = /Р» = ¡ХХМ^ + О^М'ЖГ, где Х\ - характерный масштаб

изменения напряженности поля в объеме жидкости, но и граничными условиями. На основе уравнения Навье-Стокса решен в линейном приближении ряд задач по возбуждению звука магнитным полем в цилиндрических резонаторах высотой к и радиусом г при различных граничных условиях и учете вязкой диссипации. Исследованы амплитудно-частотные характеристики резонаторов и определены фазовые зависимости скоростей колебания частиц от приложенной возбуждающей силы. Пусть на одной из плоских границ объема МЖ имеется акустическая нагрузка с импедансом Не, на МЖ действует объемная возбуждающая сила/= - /<, ехр ]ол, радиальная мода отсутствует^ а на границах х=0 и х"к имеются скачки нормальной составляющей М обуславливающие появление дополнительных скачков давлений Д,иД2 соответственно, причем {ММ^, Я#;'}»1, а =(зм / дЯ)и,Мо. Полученное решение относительно генерируемого в слое МЖ и на рабочей границе суммарного давления Р (г) свидетельствует о сложном характере взаимодействия указанных механизмов магнитоакустического преобразования. При Н -> <я (вм —>0) или для случая акустически жестких границ объема МЖ при резонансе - превалирует пондеромоторньш механизм возбуждения звука. При гм «1 - Р (I) имеет максимум в зависимости от подмагничивающего поля для характерного 0< Ном Если при х=0 граница МЖ свободная (ем>>1), то полоса частот излучения

магнитожидкостного преобразователя ограничена корнями уравнения: кЬ=дхс&1п{кН[1+(кЬ)2]Если его нагрузка 2Л активная, то максимальная полоса пропускания преобразователя достигается при выборе концентрации магнетикаМЖ из соотношения (еа «о,78) -ерЖХА, -ВрвЖ^У ■

Впервые экспериментально осуществлена генерация ультразвуковых колебаний в цилиндрических объемах МЖ со свободной поверхностью путем воздействия неоднородного магнитного поля. Цилиндрический резонатор с жидкостью подвешивается на гибких подвесах, а в него погружается длинный и тонкий акустический щуп, подключаемый к приемнику колебаний. Магнитное поле создается путем пропускания постоянной и переменной составляющей тока через охлаждаемый соленоид, запитываемый от генератора, работающего на частотах 16 - 26,7 кГц.

Сопоставление экспериментальных амплитудно-частотных зависимостей с расчетными данными указывает на их' качественное соответствие. Их количественное расхождение обусловлено неизбежным различием граничных условий эксперимента и теории. Отсутствие постоянной составляющей поля приводит к удвоению резонансной частоты фиксируемых в слое колебаний. Анализируя зависимости Р (М) и Р (Н) (при однородном подмагничивающем поле и постоянной амплитуде градиента напряженности поля), сделан вывод о преимущественно пондеромотор-ном механизме возбуждения УЗК в указанных выше условиях. В результате исследований предложен ряд способов возбуждения упругих колебаний в магнитных жидкостях применительно к измерительной технике.

Прохождение через МЖ высокоинтенсивных акустических колебаний сопровождается комплексом акусто-гидродинамических и физико-химических эффектов. Воздействие магнитных полей может оказать влияние на кавитационные явления посредством "сепарационного" эффекта, обусловленного перемещением газового пузырька радиусом гь и объемом V под воздействием силы ~ МУЯУ и эффекта, вызванного асимметричной деформацией газовых полостей под воздействием скачка давления, значимого при Вот2'=^1оМ2гь/ст>\. Влияние всестороннего сжатия за счет пондеромоторного давления на эрозионную активность, характеризуемую критериальным числом К,~ (гьтш/гьтт У значимо при Вот!=1ЛцМ\ г^ /сг >1. За счет указанных эффектов возможно обеднять или обогащать рабочую зону газовой фазой, а также транспортировать или удерживать в ней материалы, управлять активностью кавитации.

Для проверки возможности управления акустической кавитацией проведены эксперименты. В цилиндрическую камеру с МЖ на основе керосина и установленным в ней тест-образцом вводились высокоинтен-

сивные ультразвуковые колебания частотой 22 кГц. Источник поля - постоянный магнит, располагаемый под подложкой и создающий конфигурацию поля, подобную токовой шине. Одновременно проводилось как акустическое, так и индукционное зондирование кавитационной зоны. Установлено, что увеличение градиента напряженности магнитного поля (а следовательно, и градиента давления) вызывает повышение эрозии тест-образцов в 2 - 3 раза; при этом возможна "стабилизация" и "акустическое просветление" области кавитации, что регистрируется по росту амплитуды акустического зондирующего сигнала и уменьшению коэффициента вариации выходного сигнала индукционного датчика. Предполагается, что основной причиной интенсификации процесса эрозии тест-образцов под воздействием магнитного поля является повышения скорости схлопывания кавитационных пузырьков и ускорение выноса крупных газовых полостей из рабочей зоны под воздействием понде-ромоторного давления и его градиента, достигающих в рабочей зоне величины ~ 104Па и 107 Па/м2 соответственно. Отметим, что длительное озвучивание образцов МЖ на керосине (десятки минут) с интенсивно-стями ~106 Вт/м2 не приводит к значимому изменению их свойств и снижению агрегативной устойчивости, что подтверждается исследованиями анизотропии затухания УЗК в магнитном поле и кривыми намагничивания жидкости. Это открывает возможности для использования магнитных жидкостей в ультразвуковой технологии.

В шестой главе представлены результаты разработки новых принципов и способов применения МЖЗ в различных технических приложениях. На основе данных, полученных по акустическим свойствам и поведению МЖ в акустическом и магнитных полях, проведен анализ параметров акустического тракта системы: излучатель - МЖЗ - объект. Функция прохождения энергии акустических колебаний может быть представлена в виде: Атр^КиОиФиехр(-аиЦ, где Ки и Би-коэффициенты, характеризующие передачу энергии УЗК от источника к МЖЗ или волноводу и через границу сред МЖ-объект соответственно; Фи - диаграмма направленности источника колебаний. Зависимость Ир(ф - квазилинейная, когда в объекте возбуждаются продольные, сдвиговые и рэлеевские волны; она возрастает на 13 т 14 дБ с ростом д от нуля до 27,3%, если аи1 ~ 0. Если Ь/Х »1, то ЫР(Т) имеет максимум, определяемый акустическими свойствами коллоида. С ростом q преимущественно увеличивается угол ввода упругих волн в объекты (металлы) и расширяется диаграмма направленности источника волн.

При разработке акустических преобразователей дано обоснование следующим схемным решениям удержания МЖЗ источниками поля: внутреннее и внешнее; симметричное и асимметричное; комбинирован-

ное, где источник одновременно выполняет функцию акустического протектора, ловушки, демпфера. Из данных исследований качества акустического контакта при скоростях сканирования 2,5 г 75• 10"3 м/с по вертикальной и горизонтальной стенке с шероховатостью 20 т 80 мкм следует, что стабильность контакта, определяемая дисперсией опорного сигнала, не превосходит 2 дБ и не зависит от пространственного положения объекта, что соответствует иммерсионному варианту контроля. Высокая стабильность акустического контакта, малый расход МЖ и ее локализация магнитным полем, а также возможность использования многослойных управляемых звукопроводов дает неоспоримые преимущества применения предложенных в работе способов и устройств перед традиционными в особых условиях: при контроле изделий со сложным поверхностным рельефом, произвольно ориентированных в пространстве; расположенных в труднодоступных местах; находящихся под воздействием встрясок, вибраций; для автоматизированного контроля; в условиях невесомости и повышенной радиации. Конструкции предложенных устройств и способов защищены 23 авторскими свидетельствами на изобретение и внедрены для контроля вагонных колесных пар, в механизированных установках контроля сварных швов быстрорежущего инструмента (в процессе сварки), для определения трещин в цилиндрических изделиях и авиационных деталях, контроля качества адгезии напыленных покрытий.

Рассмотрены принципы применения МЖ в области контроля внутренних размеров полых тел, трещин, пористости (магнитожидкостная размероскопия и интроскопия). В первом случае коллоид совмещает в себе как функцию управляемого звукопровода, так и магнитной (диэлектрической) индикаторной среды, которая втягивается в несплошности или рабочие каналы пондеромоторными силами и удерживается там. Затем по электромагнитному и акустическому отклику судят о размерах стенок и полостей. Толщинометрия немагнитных покрытий на ферромагнитных объектах и измерение их пространственного положения могут производиться безэнергетическим методом - по измерению координат капель магнитной жидкости, локализованных в дисплее полем преобразователя (движущегося объекта) и намагничивающейся подложки. Как показывают лабораторные испытания, использование предложенных способов и устройств позволяет выявлять разнотолщинность полых авиационных изделий с погрешностью не хуже 0,03 * 0,05 мм.

Для интенсификации процессов традиционного контроля изделий проникающими жидкостями предложено использовать МЖ, находящиеся под воздействием неоднородного магнитного поля и ультразвуковых колебаний. При этом время заполнения капиллярных каналов может быть сокращено в 5 т 10 раз. Анализ кинетики движения жидкости в ка-

шллярных каналах показал, что дополнительный эффект воздействия магнитного поля на этот процесс может быть обусловлен влиянием поля на кавитационные явления у торца капилляра (и в меньшей степени) проявлением неньютоновских свойств коллоида. Поскольку пондеромо-торное давление в объеме МЖ с размером 1/Я« 1 определяется зависимостью от времени и конфигурации поля, то предложено использовать МЖ в качестве эталонного источника давления на частотах 10'3т102 Гц с амплитудой сигнала ~10"34 103 Па. При этом устраняются погрешности, вызванные автоколебаниями давления среды или гидродинамическим сопротивлением. Результаты изучения эффектов прохождения высокоинтенсивного ультразвука через коллоиды дают основание рекомендовать их для использования в качестве акустических развязок (уплотнителей) волноводов при вводе акустических колебаний в технологические камеры с обрабатываемой средой и давлением, отличающимся от атмосферного; для восстановления рабочих характеристик магнитожидкостных виброизоляторов и демпферов; для ультразвуковой полировки. Результаты исследования комплекса акустических, гидродинамических, тепло-и массообменных процессов в МЖЗ являются основой развития направления, которое включает: а) совершенствование акустических устройств и технологий путем замены звукопроводных сред на МЖ, управляемые с помощью источников поля; б) разработку новых способов и средств акустики там, где требуется высокая управляемость потоками акустической энергии (космическая техника, ядерная энергетика и другие); в) использование акустических методов для диагностики магнитожидкостных устройств и приготовления магнитных жидкостей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выявлены закономерности изменения акустических и упругих свойств магнитных жидкостей на основе керосина = 0 ■ 27,3 %), трансформаторного масла (0 г 23,2) и воды (0 т 7,3) в диапазоне концентраций магнетика, близком к предельному, при температурах, включающих область изменения фазового состояния вещества (210 г 343 К), воздействии однородного магнитного поля и установлены условия применения этих сред в качестве звукопроводов. Определена адекватная модель адибатной сжимаемости (с преимущественно"мягкой',' стабилизирующей частицу магнетика оболочкой), и выявлена роль нелокальных релаксационных процессов (термическая и вязкая диффузия) и стоксов-ского поглощения в диссипации энергии акустических колебаний в частотном диапазоне 5 т 25 МГц. Результаты исследований являются базовыми для расчета акустического тракта магнитожидкостных акустических устройств [5, 6, 10, 17, 22,24, 32, 42].

2. Экспериментально установлен сдвиг температуры фазового перехода первого рода и экстремумов адиабатной сжимаемости (скорости ультразвука) в область меньших температур с ростом концентрации магнетика в магнитных жидкостях на водной основе и выявлена существенная роль процессов гидратации в этом явлении. Показано, что зависимости упругих и акустических свойств жидкостей на органической (преимущественно на масляной) основе от температуры при отвердевании подобны зависимостям, полученным для сильновязких жидкостей, описываемых релаксационной дырочно-диффузионной моделью, причем упругие свойства и диссипативные процессы системы в окрестности температур отвердевания определяются, преимущественно, структурными изменениями дисперсионной основы [6,17,22, 32,42].

3. Развиты представления о механизмах преобразования внешних полей в упругие волны в магнитных жидкостях: проведен анализ термического механизма возбуждения звука лазерным излучением и экспериментально установлено, что зависимость передаточной функции от концентрации магнетика имеет максимум, определяемый теплофизически-ми и акустическими свойствами коллоида; в результате восстановления пространственной функции поглощения лазерного излучения сделан вывод о неоднородности структуры подповерхностных слоев разбавленных коллоидов и дана трактовка этому эффекту; дана оценка воздействию магнитных полей на величину сигнала-отклика при термоакустическом преобразовании и определен оптимальный состав коллоида для практического использования. Впервые экспериментально установлены амплитудно-частотные характеристики магнитожидкостных резонаторов в частотном диапазоне 16 - 26,7 кГц и уточнена модель процесса магнитоаку-стического преобразования, обусловленного воздействием неоднородного магнитного поля на жидкость в объеме и скачком нормальной составляющей напряженности поля на границе объема, на основании чего предложены способы возбуждения упругих волн в твердых и жидких средах. Выявлено интенсифицирующее действие неоднородного магнитного поля на эрозионную активность акустической кавитации (2 т 3 раза) и ускоренное заполнение капиллярных каналов жидкостью, дана трактовка эффектам и предложено использовать магнитные жидкости в ультразвуковой технологии [2, 3, 12, 14, 17, 22, 24,31, 40,44, 49, 53 т 55, 57, 59,62, 64].

4. Усовершенствована физическая модель переноса массы коллоида при создании акустического контакта с учетом взаимодействия внешнего магнитного поля с мениском жидкости, макро- и микрогеометрии контактирующих поверхностей и их смачивания; выявлены условия и предложены способы, оптимизирующие потери магнитной жидкости. Представлены аналитические соотношения для оценки и оптимизации време-

ни переходного процесса при создании акустического контакта для различной геометрии рабочей поверхности акустического устройства и предложен способ гидродинамического шунтирования, позволяющий в 5 и более раз снизить время выдавливания из щелевого зазора пленки жидкости [9 г 11, 13, 22,28, 37, 38, 50, 52,61].

5. Развита теория эволюции границы раздела намагничивающихся жидкостей в магнитном и акустическом поле: получены фазовые портреты и критические параметры устойчивости равновесных форм жидкости, а также выявлены особенности развития их топологии (включая захват граничащей фазы и ее фрагментирование) в зависимости от магнитной проницаемости и кривизны намагничивающейся подложки, геометрии источника поля и частоты последнего. Установлена принципиальная возможность управления свободной поверхностью магнитной жидкости в условиях проявления рэлеевской неустойчивости и воздействия локализованного акустического пучка; показано, что структура поверхности при срыве устойчивости определяется направлением акустического воздействия, а порог устойчивости снижается с увеличением интенсивности последнего. Получены соотношения, необходимые для поддержания постоянства звукопрозрачности магнитной жидкости в щелевых зазорах, имеющих форму полосы или диска и предложены способы управления потоками акустической энергии с помощью магнитожидкостных звуко-проводов [1, 4, 7, 15, 16, 18, 19, 20, 22, 26, 27, 38, 35, 40, 45, 47, 53, 56, 60, 64, 66, 75].

6. Разработана концепция применения магнитожидкостных звуко-проводов в технической акустике и смежных с ней областях; созданы высокопроизводительные устройства с повышенной стабильностью акустического контакта (~2 дБ) для ультразвуковой дефектоскопии объектов со сложным рельефом поверхности, расположеных в труднодоступных местах, в зоне повышенной радиации, находящихся в условиях невесомости или при воздействии вибраций, и внедрены на предприятиях СНГ и Беларуси [1, 21,22,23, 26,30, 41,46, 54 т 76].

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Прохоренко П. П., Баев А. Р., Коновалов Г. Е., Майоров А. Л. Дубина А. В. - Ультразвуковые преобразователи с магнитными контактными жидкостями. - Минск, Бел. НИИТЭИ, 1985. - 50 с.

2. Баев А. Р., Прохоренко П. П. Кинетика капиллярного движения жидкости в акустическом и магнитном поле // Весщ АН Беларусь Сер. ф1з.-тэх. навук. - 1977, N1. - С. 52 56.

3. Баев А. Р., Прохоренко П. П. Резонансное возбуждение ультразвуковых колебаний в магнитных жидкостях // ДАН БССР. - 1978, N3 - С. 42 •т43.

4. Баев А. Р., Прохоренко П. П. Возбуждение колебаний малых объемов магнитной жидкости с помощью переменных магнитных полей // ДАН БССР, - 1979, N12,-С. 41-43.

5. Прохоренко П. П., Баев А. Р., Рахуба В. К., Самойлов В. Б. Матусевич Н. П. Исследование акустических характеристик магнитных жидкостей// Весщ АН Беларусь Сер. ф1з.-тэх. навук. -1981, N1. - С. 88 í 90.

6. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Серегин Е. И. Об акустических свойствах магнитных жидкостей применительно к ультразвуковой дефектоскопии // Весщ АН Беларусь Сер. ф1з.-тэх. навук. - 1983, N1. - С. 46 1 50.

7. Baev A.R,.Maiyorov A.L. Experimental investigations of magnetostatic instabilities of magnetic fluids in plate layers // Fluid Mechanic. - 1989, v. 18,N6.-P. 105-108.

8. Баев A. P. Изменение направленности упругих колебаний с помощью магнитных жидкостей // Магнитная гидродинамика. - 1990, N3. - С. 86 т 92.

9. Баев А. Р. Особенности вытягивания пленки магнитной жидкости из ограниченного объема// Магнитная гидродинамика. -1991, N1. - С. 39 т 47.

10. Prokhorenko P. P., Baev A. R.,.Grintsevich Е. М. Physical Principles and Application of Magnetic Fluids to Ultrasonic Testing // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1990, v. 85. - P. 261 , 263.

И. Баев A. P., Коновалов Г. E., Гринцевич Э. M. Выдавливание пленки контактной жидкости из щелевого зазора при ультразвуковых измерениях // Becui АН Беларусь Сер. фiз.-тэx. навук. -1992, N 2. - С. 43 т 50.

12. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Карабутов А. А., Подымова Н. Б. Осо-, бенности возбуждения упругих волн в магнитных жидкостях лазерным

излучением// Магнитная гидродинамика. - 1996, N3. - С. 23 г 30.

13. Баев А. Р., Чичкан Д. Н. О вытягивании и испарениии пленки магнитной жидкости // Becui АН Беларусь Сер. ф1з.-тэх. навук. - 1996, N3. -С. 52т56.

14. Prokhorenko P. P., Baev A. R., Kuvshinov G. I., Ernetti I. and Severi P. Cavitational phenomena in magnetic liquids // Journal of Engineering and Thermophysics. - 1996, v. 69, N 1. - P. 88 í 94.

15. Баев A. P., Силков Д. H. Влияние кривизны стальных изделий на равновесные формы магнитожидкостных звукопроводов // Известия АНБ. - Сер. физ.-тех. наук. - Минск, 1997, №2. С. 84 * 88.

16. Баев А.Р. , Силков Д. Н. Применение эффектов деформации равновесной границы намагничивающейся и немагнитной жидкостей для

фокусировки ультразвука // Ред. ж-ла. Изв. АНБ. Сер. физ.-техн. н. -Минск, 1997. -12 с.: ил. 3. - Библиогр. 5 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 05.02.97, № 326 - В97.

17. Baev A. R., Prokhorenko P. P., Karabutov A. A., Matoussevitch N. Р. Acoustic and opto-acoustic charactheristics of magnetic fluids // Journal of Technical Acoustic. - 1997, N3. - P. 37 т 45.

18. Baev A. R., Prokhorenko P. P, Silkov D. N. Equilibrium magnetofluid forms applied to technical acoustic // Journal of Technical Acoustic. -1997, N3.-P. 46 -53.

19. Баев A. P., Майоров A. JI. Удержание магнитной жидкости между ультразвуковым преобразователем и ферромагнитным образцом // Сб. науч. трудов: Магнитные жидкости, науч. и прикл. исследования. -Минск, 1983. - С. 62-70

20. Баев А. Р., Майоров A. JI. Экспериментальное исследование магнито-статической неустойчивости в плоских слоях магнитной жидкости. -Сб. Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. -Свердловск: Изд-во АН СССР, 1986. - С. 64 ¿67.

21. Баев А. Р., Майоров А. Л. Проектирование магнитной системы наклонных ультразвуковых преобразователей с магнитным удержанием контактной жидкости. - В кн. // Сб. тр. Всес. ин-та неразруш. мет. контроля электрооборудования трубопроводов. Кольская АЭС, 1986. -С. 91 - 100.

22. Baev A. R., Prokhorenko P. P. Magnetic Fluids in Enginering Acoustics // Proc. Achivments in Physics of Electromagnetics. - In Coll. Jap. Soc. Of Appl. Electromagnetics and IAP. - Tokyo, 1995. - P. 5 ? 21.

23. Prokhorenko P. P., Baev A. R, Konovalov G. E., On the Utilization of fcrrofluids in Non-Destructive Testing // Proc. 11th World Conf. on NDT. Rep. Congress. - Las Vegas, USA, 1985. - P. 583 - 586.

24. Prokhorenko P. P., Baev A. R.,. Konovalov G. E. Acoustical properties and application of Magnetic Fluids to Applied Acoustics // 13th World Congress on Acoustics. Report. - Belgrade, 1989, v. 4. - P. 385 * 388.

25. Баев A. P., Гиль H. H., Гринцевич Э. M. Об одном способе измерения диаграмм направленности ультразвуковых преобразователей сдвиговых колебаний // Сб. Дефектоскопия - 89. Сб. докл. межд. конф. -Пловдив, Болгария , 1989, т. 2. - С. 58 г 61.

26. Baev On the Utilization of Magnetic Fluids to Ultrasound Directivity Control // 13 th World Congress on Acoustics. Rep. Congress. - Belgrade, 1989, V.4.-P. 390 т 393.

27. Баев A. P. Удержание магнитной жидкости в зоне ввода ультразвука // Сб Дефектоскопия - 89. Сб. докл. межд. конф. - Пловдив, Болгария , 1989,т. 2.-С. 49 т 52.

28. Prokhorenko P. P., Baev A. R., Konovalov G. E., Maijorov A. L. Ultrasonic transducers to automated control. Intern. Conf. onNDT. Reports. - Belgia, 1995. - P. 46 т 49.

29. P. P. Prokhorenko, A. R. Baev, G. E. Konovalov, A. L. Maijorov Synthesis of Ultrasound tranducers directional diagram directivity II Rep. Conf. Computer Methods and inverce problems in NDT and diagnostics. Reports. - Minsk, 1995. - P. 6 * 9.

30. Baev A. R., Prokhorenko P. P. Magnetofluid Dimension Testing // Intern. Conf. on NDT. Reports of CNDT - Dely, India, 1997. - P. 12 46.

31. Баев A,P., Баштовой В.Г., Прохоренко П.П., Краков M.C. Генерация акустических колебаний в магнитных жидкостях //Тез. докл. IX Всес. совещ. по МГД. - Институт физики АН Латв. ССР. - Рига, 1979. - С. 131.

32. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Силенко А.И., Матусевич Н. П. Возбуждение и распространение упругих волн в магнитных жидкостях // Материалы П Всес. школы-семинара по магнитным жидкостям,- М.: Плес. Изд-во МГУ, 1981. - С. 40 т 41.

33. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Силенко А. И., Коновалов Г. Е. Исследование магнитных жидкостей в ультразвуковой дефектоскопии // Х-я Всес. науч.-техн. конференция по неразруш. контролю физич. методами и средствами контроля. Тез. докл Всес. конф. - Минск, 1981. - С. 42 4 43.

34. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Дубина А. В. Об использовании магнитных жидкостей в ультразвуковой дефектоскопии // Ш-я Всес. конф. по магнитным жидкостям. Тез. докл. конф. - Плес: Изд-во МГУ, М., -1985. - С. 41+42.

35. Баев А. Р., Прохоренко П. П. Применение ультразвука для исследования и управления поверхностными явлениями в магнитных жидкостях // XVII-я Всес. конф. по физике магнитных явлений. Тез. докл. конф. -Донецк, 1985.-С. 340-341.

36. Баев А. Р., Гринцевич Э. М., Матусевич Н. П. Акустические свойства магнитных жидкостей и их влияние на ввод упругих волн в твердые тела // 12-е Рижское совещание по МГД. Тез. докл. конф. - Саласпилс, 1987.-Т. З.-С. 167- 170.

37. Баев А. Р., Гринцевич Э. М., Гиль Н. Н. Влияние гидродинамических процессов в контактном слое магнитной жидкости на рабочие характеристики ультразвуковых преобразователи // Неразруш. физ. мет. контроля. Тез. докл. XII Всес. науч.-техн. конф. - Свердловск, 1990. - С. 42 т 43.

38. Баев А. Р., Гринцевич Э. М. Исследование потерь магнитной жидкости при движении ультразвукового преобразователя II ХШ-ое Рижское совещ. по МГД. Тез. докл. конф. - Рига, 1990, т. 3. - С. 49 г 50.

39. Баев А. Р, Адаменя А. Н., Соколов М. А. Эффекты мощного ультразвука в магнитной жидкости // Всес. совещ. по физике магнитных жидкостей. Тез. докл. совещ. - Пермь, АН СССР, Ин-т механики сплошных сред, 1990. - С. 17 i 19.

40. Баев А. Р., Соколов М. А. Свободная поверхность магнитной жидкости в акустическом и магнитном поле // Всес. совещ. по физике магнитных жидкостей. Тез. докл. совещ. - Пермь, АН СССР, Ин-т механики сплошных сред, 1990. - С. 95 * 96.

41. Баев А. Р. Отражение звуковых волн от границы склеиваемых материалов // Экология и волны. Тез. межд. конф. - Минск, 1993. - С. 95.

42. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Карабутов А. А., Матусевич Н. П. Акустические и оптоакусгические характеристики магнитной жидкости и методы их измерения // 7-я Межд. Плесская конференция по магнитным жидкостям, Тез. докл. конф. - 1996, Плес. - С. 61 * 62.

43. A. R. Baev, М. A. Sokolov, А. М. Babyr Magnetic Fluid Dimension Testing // Intern. Conf. On Magnetic Fluids. Abstr. Conf. - Paris, 1992. - P. 296^297,

44. Baev A. R, Prokhorenko P. P., Adamenya A. N.. Propagation of High Intensity Ultrasonic through Magnetic Fluids. Abstr. Conf. - Paris, 1992. - P 270*271.

45. Baev A. R., Prokhorenko P. P., Maijorov, A. L. Silkov D. N On the formation and controlling of the magnetic fluid surface and its using in acoustic focussing. // 14-th Intern. Conf. On Magnytohydrodynamic MAHYD'95. Abstr. Conf. - Jurmala, Latvia, 1995. - P. 215.

46. Prokhorenko P. P., Baev A. R., Matoussevitch N. P. Preparation and using the magnetic fluids to non-destructive testing // 7th Intern. Conf. on Ferrites. Abstr. Conf. - Bordeaux (France), 1996. - P. 549.

47. Baev A.R., Prokhorenko P. P, Silkov D. N.. Tchichkan D. N. Equilibrium forms of magnetic fluid volumes and propagation of ultrasonic through interface surface // 7-th Intern. Conf. On Magnetic Fluids. Abstr. Conf. -Plyos, 1996. - P. 72 f 73.

48. Prokhorenko P. P, Baev A. R. Acoustic cavitation in magnetic fluids //Acoustic Forum. - In Acoustica - acta acoustica. Abstr. Conf. - 1996, v. 82, suppl 1. - P. 206.

49. Baev A. R., Prokhorenko P. P., Matoussevitch N. P., Karabutov A. A. Acoustic and opto-acoustic charactheristics of magnetic fluids // 7th Intern. Conf. on Ferrites. Abstr. Conf. - Bordeaux, (France), 1996. - P. 550.

50. Prokhorenko P. P., Baev A. R., Matoussevitch N. P. Prokopenko E. N Influence of magnetic flield the retriieving of infinite surface from the magnetic fluid // Intern. Conf. On Magnetic Fluids. Abstr. Conf. -Timashra, (Rum), 1998. - P. 225.

51.Prokhorenko P. P., Baev A. R., Matoussevitch N. P. Prokopenko E. N Magnetic fluid as indicator medium for non-destructing testing and magnetic measurements // Intern. Conf. On Magnetic Fluids. Abstr. Conf. -Timashra (Rum), 1998. - P. 250.

52. Баев A. P., Прохоренко П. П., Секрин А. В., Матусевич Н. П., Прокопенко Е. Н. Перенос массы магнитной жидкости движущейся подложкой // 8-я Межд. Плесская конференция по магнитным жидкостям. Тез. докл. конф. - Плес, 1998. - Р. 81 т 84.

53. Баев А. Р. Некоторые эффекты взаимодействия акустического и магнитного поля с поверхностью магнитной жидкости// 8-я Межд. Плесская конференция по магнитным жидкостям. Тез. докл. конф. - Плес, 1998.-Р. 69-72.

54.А. с. 641331 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Способ капиллярной дефектоскопии I Баев А. Р., Коновалов Г.Е., Дежкунов Н.В., Прохоренко П.П. (СССР). - N 2367248/18-25; Заявлено 27.05.76; Опубл. 05.01.79, Бюл. N 1 // Открытия. Изобретения . - 1979. - N 12. - С. 158.

55. А. с. 651912 СССР, МКИ2 В 23 К 1/06. Способ дозирования припоя при пайке / Медведев Э. М., Коновалов Г. Е., Баев А. Р., Дежкунов Н.

B., Прохоренко П. П. (СССР)- N 2511072/25-27; Заявлено 26.07.77; Опубл. 15.03.79, Бюл. N 10 // Открытия. Изобретения . 1979. - N10. -

C. 41.

56.А. с. 678724 СССР, МКИ2 H 04 R 29/00. Способ градуировки инфра-звуковых гидрофонов. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Дежкунов Н. В. (СССР). - N 2519832/18-10; Заявлено 31.08.77; Опубл. 05.08.79, Бюл. N 29 // Открытия. Изобретения . - 1979. -N 29. - С. 241.

57. А. с. 691215 СССР,, МКИ2 В 06 b 3/04//G 01 N 29/04. Способ изготовления акустической линзы/ Баев А. Р., Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Дежкунов Н. В. (СССР). - N2525629/18-10; Заявлено 15.09.77; Опубл. 14.07.79, Бюл. N 38 // Открытия. Изобретения . - 1979. -N38.-С.26.

58.А. с. 697916 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Способ создания акустического контакта при ультразвуковых измерениях/ Баев А. Р., Прохоренко П. П., Баштовой В.Г., Коновалов Г. Е. (СССР). - N 2603751/2528; Заявлено 13.04.78; Опубл. 12.08.79, Бюл. N 42 // Открытия. Изобретения . - 1979.-N42.-С. 179.

59. А. с. 713599 СССР, МКИ2 В 06 В 1/04. Способ генерации акустических колебаний / Баев А. Р., Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е. (СССР). - N 2582218/18-25; Заявлено 22.02.78; Опуб., Бюл. N 5 // Открытия. Изобретения . - 1979. - N. - С. 14.

60. А. с. 794494 СССР, МКИ2 G 01 N29/04. Способ изменения угла ввода ультразвуковых колебаний / Баев А. Р., Коновалов Г. Е., Прохоренко П. П, Матусевич Н. П. (СССР). - N 2710527/25-28; Заявлено 10.01.79;

Опубл. 01.11.80, Бюл. N 42 // Открытия. Изобретения . - 1981. - N 1 . -С. 167.

61. А. с. 819705 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Способ создания акустического контакта при ультразвуковых измерениях. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Вислович А. Н. (СССР). - N2740470/25-28; Заявлено 26.03.79; Опубл. 24.03.81, Бюл. N 13 // Открытия. Изобретения . - 1981.-N13.-С. 191.

62. А. с. 822387 СССР, МКИ2 Н 04R 29/04. Способ градуировки гидрофонов. Баев А. Р., Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Голуб С. В. (СССР). -N2781614/25-28; Заявлено 19.06.79; Опубл. 02.02.81, Бюл. N 4 // Открытия. Изобретения . - 1981. - N 4 . - С. 24.

63. А. с. 845086 СССР, МКИ2 G 01 N 29/00. Ультразвуковой искатель Баев А. Р, Прохоренко П. П., Ермолов И. Н., Королев В. Д., Коновалов Г. Е. (СССР). - N 2773605/25-28; Заявлено 9.05.79; Опубл. 17.07.81, Бюл. N 25 // Открытия. Изобретения . - 1981. - N 25 . - С. 209.

64. А. с. 926537 СССР, МКИ2 G 01 Н 3/00. Способ определения интенсивности ультразвуковых колебаний в иммерсионной жидкости / Баев А. Р., Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е. (СССР). - N 2982374/18-28; Заявлено 17.09.80; Опубл. 07.01.82, Бюл. N 17// Открытия. Изобретения .- 1982.-N 17 .-С. 208.

65. А. с. 930077 СССР, МКИ2 G 01 N 15/08. Способ определения пористости материалов / Баев А. Р., Прохоренко П. П., Стойчева И. В., Си-ленко А. И. (СССР). - N 2938957/18-25; Заявлено 09.06.80; Опубл.

23.05.82, Бюл. N 19// Открытия. Изобретения . - 1982. -N 19 . - С. 163.

66. А. с. 968745 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Ультразвуковой искатель. Прохоренко П. П., Алешин Н.П., Коновалов Г. Е., Баев А. Р. (СССР). -N 3270287/25-28; Заявлено 09.04.81; Опубл. 23.10.82, Бюл. N 39// Открытия. Изобретения . - 1982. - N 39. - С. 253.

67. А. с. 1045114 СССР , МКИ2 G 01 N 29/04 Ультразвуковой искатель/ Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Баев А. Р., Силенко А. И., Дежку-нов Н. В. (СССР). - N 3270162/25-28; Заявлено 09.04.81; Опубл.

30.09.83, Бюл. N 36 // Открытия. Изобретения. - 1983. - N 36. - С. 170.

68. А. с. 106743 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Ультразвуковой искатель для контроля качества изделий / Баев А. Р., Прохоренко П. П., Дубина А. В., Коновалов Г. Е. (СССР). - N 3506373/25-28; Заявлено 26,10,82; Опубл. 15.01.84, Бюл. N 2 //Открытия. Изобретения . - 179. - N 2. - С. 168.

69. А. с. 1087880 СССР , МКИ2 G 01 N 29/04 Ультразвуковой преобразователь / Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Баев А. Р., Силенко А. И., Майоров А. Л (СССР). - N 3534442/25-28; Заявлено 07.01.83; Опубл. 23.04.84, Бюл. N 15 // Открытия. Изобретения . - 1984. - N 15. -С. 152.

70. А. с. 1130797 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04 Ультразвуковой преобразователь / Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Баев А.Р., Си-ленко А. И. (СССР). - N 3588686/25-28; Заявлено 11.05.83; Опубл. 23.12.84, Бюл. N 47 //Открытия. Изобретения. - 1982. - N 47 . - С. 127.

71. А. с. 1116386 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04 Ультразвуковой преобразователь / Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е., Баев А. Р., Силенко А.И., Майоров А. Л. (СССР). - N 3596888/25-28; Заявлено 24.05.83; Опубл. 30.09.84, Бюл. N 36 // Открытия. Изобретения . - 1984 - N 36. - С. 163.

72. А. с. 1249448 СССР , МКИ2 G 01 N 29/04. Устройство для измерения диаграмм направленности ультразвуковых преобразователей/ Баев А. Р, Прохоренко П. П., Коновалов Г. Е. (СССР). - N 3823553/25-28; Заявлено 14.12.84; Опубл. 07.08.86, Бюл. N 29 // Открытия. Изобретения . - 1986. -N29. - С. 172.

73. А. с. 1388783 СССР, МКИ2 G 01 N 29/00. Устройство для измерения диаграмм направленности преобразователей / Баев А.Р., Прохоренко П.П, Коновалов Г. Е. (СССР). - N 4078211/25-28; Заявлено 18.06.86; Опубл. 15.06.86, Бюл. N 14 // Открытия. Изобретения . - 1988. - N 14. -С. 179.

74. А. с. 1416904 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Ультразвуковой преобразователь/ Баев А. Р., Прохоренко П. П. Силенко А. И. (СССР). - N 4071437/25-28; Заявлено 26.05.86; Опубл. 15.08.88, Бюл.ШО // Открытия. Изобретения. - 1988. -N30. - С. 179.

75. А. с. 1436057 СССР , МКИ2 G 01 N 29/04. Способ создания акустического контакта при ультразвуковых измерениях / Баев А. Р., Гринце-вич Э. М., Майоров А. Л. (СССР). - N 4123907/25-28; Заявлено 07.07.86; Опубл. 07.11.88, Бюл. N 41 // Открытия. Изобретения . -1988. -N41 . -С. 182.

76. А. с. 1585752 СССР, МКИ2 G 01 N 29/04. Устройство для автоматического ультразвукового контроля труб/Баев А. Р., Прохоренко П. П., Левит А. И., Гринцевич Э. М., Кабанова Г. А. (СССР). - N 4428077/2528; Заявлено 23.05.88; Опубл. 15.08.90, Бюл. N 30 // Открытия. Изобретения. - 1990.-N 30 .-С. 218.

РЕЗЮМЕ

Баев Алексей Романович "Акустические и гидродинамические процессы в магнитожидкостных звукопроводах"

Ключевые слова: магнитная жидкость, адиабатная сжимаемость, релаксационные процессы, фазовые переходы, пленочное течение, термо-акусгическое преобразование, акустические свойства, кавитация, магнито-статическая неустойчивость.

Объект исследования - магнитожидкостный звукопровод, выполняющий функцию передачи и преобразования потоков акустической энергии в системе: источник упругих волн - объект. Предмет исследования -акустические, тепло- и массообменные и гидродинамические процессы в магнитожидкостных звукопроводах.

Цель работы: разработка физических основ энергопереноса и формирования магнитожидкостных звукопроводов в магнитном и акустическом полях и создание на их основе высокопроизводительных устройств для неразрушающего контроля изделий.

Установлены закономерности изменения акустических и упругих свойств магнитных жидкостей на органической основе и воде в диапазоне концентраций магнетика, близком к предельному, и температурах, включающих область изменения фазового состояния вещества. На основе анализа нелокальных релаксационных процессов и стоксовского поглощения дана трактовка результатам экспериментальных исследований и предложена модель адибатной сжимаемости жидкости. Развиты представления о механизмах преобразования энергии лазерного излучения и магнитного поля в упругие волны и показана принципиальная возможность управления кавитационными явлениями в магнитных жидкостях внешним полем.

Усовершенствована физическая модель переноса массы коллоида при создании акустического контакта с учетом взаимодействия магнитного поля с мениском жидкости, геометрии контактирующих поверхностей и их смачивания. Теоретически и экспериментально обоснованы способы формирования магнитожидкостных звукопроводов в акустическом и магнитном полях и разработана концепция их использования для управления потоками акустической энергии в технической акустике и смежных с ней областях. Разработаны высокопроизводительные устройства с повышенной надежностью и стабильностью акустического контакта (~2 дБ) для контроля изделий со сложным рельефом поверхности, находящихся в труднодостуных местах, в невесомости, в зоне повышенной радиации; они защищены 23 авторскими свидетельствами на изобретение и внедрены на предприятиях стран СНГ и Беларуси.

РЭЗЮМЕ

Баеу Аляксей Раманав1ч "Акустычныя 1 пдрадынам1чныя працэсы у магштавадкасных гукаправадах"

Ключавыя словы: магштная вадкасць, адыябатная сщскальнасць, рэ-лаксацыйныя працэсы, фазавыя пераходы, плеукавае цячэнне, тэрмаакус-тычнае пераутварэнне, акустычныя уласщвасщ, кавггацыя, магштаста-тычная няустоГшвасць.

Аб'ект даследавання - магштавадкасны гукапровад, выкарыстоува-емы для перадачы 1 пераутварэння энергн у сютэме: крынща прупах хва-ляу-аб'ект. Прадмет даследавання - акустычныя, цепла-1 масаабменныя 1 пдрадынам1чныя працэсы у магштавадкасных гукаправадах.

Мэта працы - распрацоука фшчных асноу энергапераносу 1 формау-тварэння магштавадкасных гукапровадау у магштных I акус-тычных палях 1 стварэнне на ¡х аснове высокапрадукцыйных устройствау для нераз-буральнага кантролю вырабау.

Выяулены заканамернасщ зменення акустычных 1 прупйх уласщвас-цей магштных вадкасцяу на аргашчнай аснове 1 вадзе у дыяпазоне кан-цэн-трацый магнетыка, бл1зкдх да крайняй мяжы, 1 тэмпературах, уключаючых вобласщ змянення фазавага стану рэчыва. На аснове анал1зу рэ-лаксацыйных працэсау I стоксавага паглынення дадзена трактовка вышкау эксперыменту 1 абрана мадэль адыябатнай сцюкальнасш даследаваных ма-пптных вадкасцяу. Развпы уявленш аб мехашзмах пераутварэння энэргн лазернага выпраменьвання 1 магштнага поля у акустычныя xвaлi 1 паказана прынцыповая матчымасць шравання кав1тацыйнымп з'ява\п у магштных вадкасцях з дапамогай знешняга поля.

Распрацавана ф!з1чная мадэль пераносу масы калоща пры стварэнш акустычнага кантакту з улкам узаемадзеяння магнггнага поля з мешскам вадкастн, геаметрьп кантактуючых паверхняу 1 ¡х змочвання. Дадзена тэа-рэтычнае I экспер1ментальнае абгрунтаванне споеабам формаутварэння магштавадкасных гукапровадау у акустычным 1 магштным палях 1 распрацавана канцэпцыя ¡х прымянення для иравання патокам1 акустычнай энерги у тэхшчнай акустыцы 1 сумежных з ёю галшах. Распрацаваны вы-сокапрадукцыйныя устройства з павышанай надзейнасцю 1 стабшьнасцю акустычнага кантакту (~2 дБ) для неразбуральнага кантролю вырабау са складаным рэльефам паверхш, яюя знаходзяцца у цяжкадаступных мес-цах, у нсвясомосщ, у радз1яцыйнай зоне; яны абаронены 23 ayтapcкiмi па-сведчанням1 аб вынаходнщтвах \ укараняны на прадпрыемствах Беларус11 краш СНД.

SUMMARY

Baev Alexeyi Romanovich "Acoustic and hydrodynamic phenomena in magnetic fluid sound ducts"

Keywords: magnetic fluid, adiabatic compressibility, relaxation processes, phase transition, film flowing, thermoacoustic transformation, acoustic properties, cavitation, magnetostatic instability.

The object of research - magnetic fluid sound duct for transfer and transformation of acoustic energy fluxes in the system: acoustic waves soucer-object. The subject of research - acoustic, heat-and mass transfer and hydrodynamic phenomena in magnetic fluid sound ducts

The aim of work is development of physical principles of the energy transfer in magnetic fluid sound ducts subjected to acoustic and magnetic fields and design highly productive devices for non-destructive testing of manufactured articles.

The laws of acoustic and elastic properties behavior of magnetic fluids with organic and water base against magnetic concentration in wide range close to limit and at temperatures, including the range of the fluid phase state changing, are determined. On the base of analysis of the non-local relaxation processes in magnetic fluids (thermal and viscous diffusion) the interpretation of the experimental results is made and the adiabatic compressibility model of magnetic fluids is determined . The physical notions on mechanisms of the energy transformation of the laser radiation and magnetic field into elastic waves are developed and the principle possibility of controlling of the acoustic cavitation by external field in magnetic fluids is shown.

The physical model of colloid mass transfer (when the acoustic contact is realized), which takes into account interaction of external field with fluid meniscus, contacting surfaces and its wetting, is modernized. The theoretical and experimental base of the methods of magnetic fluid sound duct formation while magnetic and acoustic fields interact with fluids are developed and the conception of its application for controlling of the acoustic flows of energy in technical acoustics and in another branches is proposed. Highly productive devices in question ensure high reliability and level of acoustic contact stability (within 2 dB) for non-destructive testing of manufactured articles with complex relief, placed to hard -to-reach places, in space ore in radioactive zone are developed; they are defended by 23 artificial certificate and have found practical application at industrial enterprises in countries of CIS and in Belarus.