Исследование капиллярных свойств магнитных жидкостей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

г

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

На правах рукописи

СОКОЛОВ Николай Алексеевич

УДК 538.245+532.613.2:53.082.4

ИССЛЕДОВАНИЕ КАПИЛЛЯРНЫХ СЮЙСТВ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

01.04.14 - Теплофизика и молекулярная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Проблемной научно-исследовательской лаборатории прикладной феррогидродинамики Ивановского государственного энергетического университета

Научный руководитель - кандидат физико-математических

наук, доцент В.В.Соколов

Официальные оппоненты:

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

кандидат физико-математических 'наук, научный сотрудник Л.В.Никитин.

Ведущая организация - Институт химии неводных растворов РАН

Защита состоится года в____часов

на заседании специализированного совета К063.93.02 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Московском институте приборостроения по адресу: 107076, Москва, ГШ, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института приборостроения.

Автореферат разослан " & " 4 1995 г

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук

В.А.Баландин

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой искусственно синтезированные магнитоуп-равляемые коллоидные системы. Достаточно высокая намагниченность насыщения (20 - 40 кА/м) при низкой вязкости послужили причиной того, что МЖ за тридцатилетнюю историю своего существования стали весьма широко применяться в ' различных технических устройствах, используемых для уплотнения валов, создания высокочувствительных датчиков угла наклона, ускорения', уровня, сепараторов и т.д. Несомненен так же и общенаучный интерес проблем, связанных с МЖ, который обусловлен двойственной природой МЖ: с одной стороны они являются классической коллоидной системой, с другой -искусственно синтезированной жидкой средой, которая проявляет свои специфические качества при взаимодействии с силовыми полями (электромагнитными). Технически достаточно легко осуществимо создание магнитных полей различных конфигураций при широком и регулируемом диапазоне напряжен-ностей поля, что дает возможность для проведения уникальных экспериментов по исследованию свойств жидких сред вообще и коллоидных систем в частности.

Диссертационная работа выполнена в Проблемной науч- • но-исследовательской лаборатории прикладной феррогидродинамики Ивановского государственного энергетического университета в рамках плана госбюджетных НИР (номер госрегистрации 01860067325) по созданию методов исследования • устойчивости МЖ и разработке уплотнений вводов движения в газовые, паро-газовые, биологически активные и агрессивные среды.

Цель работы: а) исследование явлений,, связанных с взаимодействием МЖ с твердой подложкой и создание простых, эффективных методов исследования смачивания и растекания Ш в условиях изменяющегося неоднородного магнитного поля, явления увлечения Ш. движущейся подложкой и создания метода расчета толщины уносимой пленки МЖ; б) обоснование возможности использования поверхностных акустических волн (ПАВ) в исследовании капиллярных и объемных свойств МНЕ.

Научная новизна. Предложено подходить к исследованию смачивающих свойств с точки зрения анализа баланса адгезионных и когезионных сил в системе жидкость-подложка. На основании изложенного подхода

1) разработаны и созданы установка и методика определения смачивающих свойств МЖ по отношению к различным подложкам;

2) разработана установка по исследованию увлечения М1 движущейся подложкой;

3) создана полуэмпирическая методика расчета толщины слоя, уносимого подложкой из конечного объема магнитной жидкости, находящейся в неоднородном магнитном поле.

А также

4) теоретически исследован процесс распространения ПАВ в системе "жидкий слой - твердое полупространство". Выяснено влияние толщины слоя жидкости и поверхностного натяжения границы раздела "жидкость-твердое тело" на скорость и дисперсию ПАВ;

5) методом возмущений найдено решение дисперсионного соотношения для ПАВ в описанной системе, отличающееся от известных и дающее явный вид коэффициента затухания ПАВ;

6) разработаны установка и методика, позволяющие за один цикл измерений определить скорость звука в жидкости, ее плотность и вязкость, а так же зависимость этих параметров от температуры;

?) теоретически исследовано влияне температуры на распространение ПАВ в системе "МЖ-твердая подложка".

Практическая ценность работы состоит в создании экспериментальной установки и полуэмпирической методики расчета толщины слоя МЖ, уносимого движущейся подложкой из капли МЖ, помещенной в неоднородное магнитное поле, которые нашли свое применения в инженерной методике расчета конкретных технических устройств. Методика определения смачивающих свойств так же представляет интерес как основа проектирования устройств, в которых характер взаимодействия МЖ с твердой поверхностью принципиален. Использование ПАВ

в исследовании МЖ позволяет осуществлять неразрушающий контроль свойств жидкости при ее минимальном объеме. Исследования по распространению ПАВ в системах с магнитной жидкостью в условиях изменяющейся температуры могут стать основой как для исследования физико-химических свойств МЖ в минимальных объемах, так и для создания на основе применения ПАВ методов неразрушающего контроля твердых веществ. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Представление о_возможности и метод определения смачивающих свойств МЖ 'без измерения поверхностного натяжения и краевого угла смачивания. В основу метода положено определение смачивания как меры баланса адгезионно- когезионных сил.

2. Положение о существовании магнитной составляющей адгезии в системе "МЖ-твердая магнитная подложка".

3. Метод измерения и методика расчета толщины пленки, уносимой движущейся подложкой из капли МЖ, находящейся в неоднородном магнитном поле.

4. Положение о том, что поверхностное натяжение границы "жидкость-твердое тело" оказывает исчезаще малое влияние на скорость и дисперсию поверхностной волны. Доказано, что, в дисперсионном соотношении членами,учитывающими толщину слоя жидкости и поверхностное натяжение границы раздела сред,можно пренебречь, и перейти от системы "жидкий слой-твердое полупространство" к системе "жидкое полупространство- твердое полупространство".

5. Новый вид решения дисперсионного соотношения для ПАВ, распространяющихся в указанных системах, позволяющий выделить в явном виде коэффициент затухания ПАВ.

6. Метод определения температурных зависимостей скорости звука, плотности и вязкости магнитной жидкости, а так же теоретические результаты по исследованию влияния температуры и концентрации МЖ на распространение ПАВ в системах типа "МЖ - твердое полупространство".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Областной конференции молодых ученых (Иваново, 1984), Всесоюзных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Иваново, 1987, 1989,), Рижских совещаниях по магнитной гидродинамике (Саласпилс, 1987, 1990), Всесоюз-

- б -

ной конференции по магнитным жидкостям (Плес, 1991), Международных конференциях по магнитным жидкостям (Рига, 1989, Париж, 1992), Международной конференции "VI Бенар-досовские чтения (Иваново, 1992), Международной конференции "Колебания и волны в экологии, технологических процессах и диагностике" (Минск, 1993), Белорусском конгрессе по теоретической и прикладной механике "Механика - 95" (Гомель, 1995), на постоянно действующем семинаре по магнитным жидкостям под руководством д.ф.-м.н. Гогосова В.В. (Институт механики МГУ, 1987). -

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 14 работах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, одного приложения и содержит 120 страниц, 29 рисунков , 12 таблиц, в списке литературы 72 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена общая цель исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе по литературным источникам определена МЖ как объект исследований, проведен анализ современного состояния методов исследования МЖ, проблем, возникающих при теоретическом описании капиллярных явлений, явления увлечения жидкости движущейся подложкой и применении ПАВ в исследовании жидкостей. Проделанный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. МЖ представляет собой уникальный объект для изучения свойств жидкостей вообще и коллоидных систем в частности. Это обусловлено тем, что целый ряд свойств МЖ, присущих всем жидкостям, могут быть изменяемы внешним магнитным полем, величину, направление и градиент которого можно изменять в широких пределах.

2. Не смотря на то, что проблема увлечения жидкости движущейся подложкой и расчета толщины (объема) выносимого слоя обусловлена целым рядом практических приложений и поставлена достаточно давно, по настоящее время нет ее

полного теоретического решения. Немногочисленные попытки полузмпирического решения задачи сделаны не всегда корректным" образом, и к решению задачи о уносе Ш из капли, находящейся в неоднородном магнитном поле не могут быть применены, хотя эта задача актуальна, в частности, для целого ряда специальных уплотнении.

3. Результаты теорий поверхностного натяжения и его зависимости от злекгричесюэго поля для полярных жидкостей не всегда согласуются с теориями для жидкостей с магнитными диполями (МЖ) в магнитном поле. В силу чего вопрос о зависимости поверхностного натяжения МЖ и методах его измерения остается открытым.

4. Измерения краевого угла в решении задачи о смачивании уже в "классических" жидкостях наталкивается на обилие не всегда определенных понятий "краевого угла": микро- и макрокраевой, конечный и истинный, равновесный и т.д. Это порождает известный произвол в трактовке результатов измерений.

5. В силу изложенного в п.п.З и 4 вопрос об изучении смачивающих свойств жидкости связан с измерением двух взаимосвязанных недоопределейных величин. Благодаря чему само • определение понятия "смачивание" дается различными авторами по разному.

6.8 широком спектре методов изучения свойств МЖ методы исследования смачивающих свойств практически не раз--виты.

7. Методы ультразвуковой диагностики жидкостей вообще и МЖ в частности развиты очень сильно, но при исследовании распространения ультразвуковых ПАВ возникает ряд пока не решенных проблем. Не изучено подробно влияние толщины слоя и поверхностного натяжения границы раздела, магнитного поля, свойств жидкости на параметры самой ПАВ и "вытекающей"" волны.

Таким образом, проведенный по литературным источникам анализ известных результатов исследований свидетельствует о целесообразности постановки специальной работы, посвященной разработке и обоснованию методов исследования смачивающих свойств МЖ, явления уноса МЖ движущейся подложкой, а так же проблеме применения ПАВ в исследовании МЖ.

Во второй главе описана экспериментальна^ установка и методика проведения измерений, приведен вывод полуэмпирического соотношения, позволяющего рассчитывать толщину слоя М1, уносимого движущейся подложкой из капли, помещенной в неоднородное магнитное поле.

Экспериментальная установка состояла из измерительного микроскопа МИМ-6 и рабочей ячейки. Последняя представляла собой электромагнитную систему, , снабженную двумя стержне-видными полюсными наконечниками, расположенными соосно и вертикально. Верхний полюсный наконечник имел коническую форму, нижний - цилиндрическую. В имеющийся между полюсными наконечниками зазор входила периферийная часть плоского диска. В зазор между коническим наконечником и диском помещалась капля исследуемой МЖ. Диск приводился во вращение двигателем, допускающим плавное изменение частоты вращения от минимальной до максимальной, при которой капля МЖ не выбрасывается из рабочего зазора под действием центробежных сил. Объем исследуемой капли, заправляемой в зазор, всегда был одним и тем же. Электромагнитная система позволяла изменять максимальную индукцию под зубцом вплоть до 0.6 Тл. Экспериментально снимались зависимости толщины уносимого слоя от максимальной индукции под зубцом Ь(В), и от линейной скорости вращения диска в области нахождения капли МЖ - Они представлен на рис.1 и 2., где окружностями и треугольниками отмечены экспериментальные точки.

Рис.1. Рис.2.

В экспериментах использовались жидкости типа С1-20 и С1-40 производства ШИЛ ПФГД ИвГЭУ, которые характеризовались следующими параметрами - намагниченность насыщения Мэ соответственно 24 и 42 кА/м, вязкость п = 10,6 и 1,06 Па-с, плотность р=1,2б и 1,40 г/см3.

Вывод соотношения для расчета толщины слоя жидкости, уносимого подложкой, который был основан на анализе размерностей и результатах экспериментов привел к следующему результату

ь

Ь = ехр(-«-Ргм)-(т1-У-1/(цо-М-йН))1/2, (1) "

где и - динамическая вязкость МЖ;'

Ггм=^2-р- - магнитное число Фруда;

р - плотность жидкости; Нщах,Н1 - соответственно максимальное поле и поле на периферии капли;

1 - характерный размер системы;

Ь - диаметр капли

ое,Ь - экспериментально определяемые параметры, зависящие от свойств МЖ. Результаты расчетов по (1) представлены на рис.1 и 2 сплошными линиями, при величине параметров а,Ь соответственно для МЖ типа С1-20 а = 1.5, Ь = 0; для МЕ типа С1-40 Л = 0.4, Ь= -0.05.

Таким образом предложенная экспериментальная установка и методика измерений позволяют определить параметры <х и Ь в (1), благодаря чему рассчитать унос МЖ из рабочей.зоны устройства с заданной конфигурацией магнитного поля. Эти результаты нашли свое применение при проектировании магни-тожидкостных герметизаторов специального вида.

Третья глава посвящена исследованию смачивающих свойств магнитной жидкости.

В основу метода положено представление о том, что смачивающие свойства жидкости по отношений к данной подложке определяются балансом адгезионно- когезионных сил. Такой подход позволил отказаться от измерений краевых углов и поверхностного натяжения и, тем самым обойти неопределенности и разночтения, которые связаны с этими понятиями.

Исследования проводились на специально разработанной экспериментальной установке проекционного типа, основной частью которой являлась электромагнитная система, подобная^ описанной в гл.2, в зазоре которой создавалось неоднородное магнитное поле, величина которого могла плавно изменяться. В зазор при максимальной напряженности поля, помещалась капля исследуемой МЖ, увеличенную теневую проекцию которой наблюдали на экране. Затем поле постепенно уменьшалось до 0 (чего добивались подачей обратного тока на обмотку электромагнитной системы, величина тока была известна из предварительных измерений гистерезиса намагничивания системы). После полного растекания капли поле вновь ступенчато увеличивалось до исходной величины. Измеряемой величиной являлся диаметр области контакта капли с подложкой, который, в силу малости объема капли, характеризовал изменение объема последней. Отношение объема исходной капли к объему капли в конце процесса характеризовало объем пленки МЖ, оставленной каплей на подложке в процессе обратимого растекания. Объем этой пленки определялся балансом адгезионно-когезионных сил, а следовательно характеризовал смачивающие свойства данной МЕ по отношению к данной подложке. Типичный вид кривых, получаемых в экспериментах, представлен на рис.3.Где по оси ординат от-1.6

ложено относительное измене-Ботн ние площади контакта (отнош-

1.2 ----ение измеряемой площади к

начальной).Конструкция уста-

0.8—^ ---новки позволяла проводить

^ измерения для различных под-

0.4--— ложек, отличающихся как по

N Л4 В,Тл адгезионным, так и магнитным

О ----свойствам (магнитомягкая ст-

0.8 аль, медь, алюминий). Применялись так же эпиламирующие составы в комбинациях с различными подложками. Измерения проводились для различных МЖ, отличающихся по намагниченности насыщения, вязкости и т.д. Так как кривые типа представленной на рис.3 (где

0.2 0.4 0.6 Рис.3.

ветвь с получена при уменьшении поля от максимального до О, ветвь с1 - при увеличении поля от 0 до максимума) получались для каждого типа жидкости при варировании только подложек и покрытий, то в балансе адгезионно-когезионных сил изменяемой являлась только адгезионная составляющая.

Хотя прямые доказательства аддитивности сил, формирующих адгезионную составляющую отсутствуют, при анализе результатов было предложено постулировать это свойство, тем более, что в рассматриваемом случае закон сложения вряд ли" принципиален. В силу чего, было сделано предположение о том, что адгезионная составляющая, в свою очередь может быть разложена еще на две: магнитную составляющую Гц .обусловленную наличием у частиц дисперсной фазы МЖ собственного магнитного момента и его взаимодействием со своим зеркальным отражением в теле магнитной подложки; и Рм -молекулярную составляющую, обусловленную взаимодействием молекул поверхностно-активного вещества и жидкости-носителя с подложкой.Изменять эти составляющие можно варируя качество подложек: магнитная-немагнитная, с покрытием зпила-мирующим составом или без него.

Верность сделанных предположений подтвердилась после обработки экспериментально полученных зависимостей. Так например для системы МЖ-чистая стальная поверхность площадь, заключенная между кривыми с и (1 оказалась максимальной; для той же МЖ, но растекающейся по чистой медной фольге, расположенной на стальной подложке - гораздо меньше, а после покрытия медной фольги эпиламирующим составом кривые с и <1 (с точностью до погрешности измерений) оказались неразличимы. Визуальные наблюдения показали, что что в последнем случае пленка жидкости, оставляемая каплей МЖ на подложке после растекания, практически отсутствовала.

Таким образом, полученные результаты подтвердили верность сделанных предположений, целесообразность предложенного подхода, а также наличие магнитной составляющей адгезии Ш, .и как следствие этого необходимость учета Гц при решении задачи об управлении смачивающими свойствами МЖ.

В четвертой главе приведен вывод дисперсионного соотношения для поверхностной волны, распространяющейся в

системе "жидкии слои на твердом полупространстве" с учетом поверхностного натяжения свободной поверхности жидкости, границы раздела жидкость-твердое вещество, а так же толщины слоя жидкости. Проведен его численный анализ, методом возмущений получено аналитическое выражение для вычисления волнового числа и коэффициента затухания ПАВ. Описывается экспериментальная установка и приводится методика измерения температурных изменений свойств МЖ за один цикл измерения. Приводятся результаты теоретического анализа зависимости коэффициента затухания ПАВ в зависимости от температуры и концентрации МЖ.

Здесь и далее предполагается, что твердое полупространство занимает область 2<0, а ПАВ распространяется в направлении оси Ох. Для системы "жидкий слой на твердом полупространстве" с учетом поверхностного натяжения свободной поверхности жидкости 5, поверхностного натяжения твердого тела на границе раздела с жидкостью 61, поверхностного натяжения жидкости на той же границе бг, при толщине слоя жидкости И, получено следующее дисперсионное соотношение:

(к2 + з2)2-(1 + а-^-Ож-рг/ржЬ^«!*-*!)) -

- 4-к2-Ч1-з-(1 + а-Ск^сы-рг/ржЫМськ'Ь)) +

+ (д1-Рж-к^4/0ж-Р1)-(1Ь(<Ъс-Ь) + а-(к2-с1ж-р1/рж)) +

+ (а! + аг)• (Ч1-к2-к:и2 - а-(к4^1-сьср1/рж)-«Кож-МЬС»,

где кл2; Б2=к2- к^; 3 - номер среды ( 5=1 -

твердое вещество; 3=2 - жидкость); к - волновое число поверхностной волны; X ,11 - параметры Ляме вещества, а=5/ц; сп= сп= (и/рз)1/2 ; « - частота ПАВ;

с?*2 =к2 - кж2 ; р, рж - плотности твердого вещества и жидкости. Поскольку в дальнейшем не планировалось исследование влияние наличия свободной поверхности у жидкости на параметры ПАВ, то члены, содержащие а далее опускаются.

Численный анализ полученного.выражения показал,, что в

точках

_ -i

h/Xx = (rt-(2-n + l))-(2-/l - (Cx/Cr)2 j , n = 0,1,....n,

решение неопределено, в силу периодических свойств тангенса. Член, содержащий поверхностное натяжение границы раздела дает весьма слабый вклад в уравнение, а член,содержащий h к тому же не только мал, но и весьма слабо зависит от h, что дало основание перейти, не нарушая общности задачи, к системе "жидкое полупространство на твердом полупространстве" без учета толщины слоя и поверхност- • ного натяжения границы раздела сред. Таким образом исходное выражение приводится к известному виду:

2 . -1 (k2 + s2) - 4-k2-q-s = к2 ) , (2)

Решение (2) искалось методом возмущения, когда наличие жидкого полупространства рассматривалось как возмущение к волне чисто рэлеевского:

k=kr-(l + е ).

Вычисления привели к следующим результатам:

£=C(l-2-T2)2-4-T4-D-L-(px-L/G-p))/(8-T2-(T2-D-L-2-T2+l)),(3)

где

D = |Л - (co/ct)2, L = Л - (со/сх)2

G = /l - (со/сж)2, т = Ct/CO.

Нетрудно убедиться,, что первые два члена в числителе (3) по форме представляют собой обезразмеренное уравнение Рэлея, третий член характеризует жидкое полупространство.

Если представить (3) в виде е = а + Ь, где а = (1/Д)-{(1-2-т2)2-4-т4-0-ь|.

Ь = - (1/Д).(рж-Ь/6-р),

Л = 8-*2-(т2-0-Ь - 2-т2 + 1),

и учесть тот факт, что Со < Съ , Со < Сь Со > С* , то получаем, что

к=кг-(1 + а) + 1-кг- Ь.

Откуда видно, что наличие жидкого слоя вызывает затухание поверхностной волны. Сравнивая полученный результат с полученными ранее и с результатами прямого численного решения (2) можно сделать вывод, что новый результат является более предпочтительным, как дающий меньшую ошибку. Отдельный интерес представляет параметр 6, который может быть представлен как

G = i-(Со/еж)-COS Q, cos Q = /l - (кЛж)2,

Q - угол между волновым вектором "вытекающей волны" -волны, генерируемой ПАВ в жидкости - и нормалью к границе раздела сред, направленной в глубь жидкости.

Результаты численных расчетов по изложенной методике сравнивались с результатами численных расчетов и экспериментов других авторов и приведены в таблице 1. При анализе следует учитывать тот факт, что и величина скорости поверхностной волны - с и сг - скорость рэлеевской волны были расчетными, что с неизбежностью вызвало увеличение погрешности.

Граничащие среды с -си --100 С(? теория с-ся --100 ся экспер. ПлОО-Ял теория 1ш(к)-хк экспер.

Алюминий - глицерин *1.550 1.729 1.05 *0.352 0.331 0.3

Алюминий - трансформаторное масло *0.350 0.322 0.38 *0.157 0.155 0.17

Алюминий - вода *0.480 0.467 0.49 *0.189 0.185 0.2

Сталь - вода ■аО.054 0.063 0.62 *0.070 0.076 0.073

Сталь - трансформаторное масло *0.042 0.044 0.046 *0.057 0.064 0.061

Сталь - глицерин *0.19 0.235 0.13 *0.124 0.14 0.11

(Значком * помечены результаты, рассчитанные по предложенной методике).

В четвертой главе приводится описание экспериментальной установки, позволяющей за один цикл проводить измерения вязкости, скорости звука и плотности МЖ в условиях изменяющейся температуры, причем, сравнение полученных величин с результатами измерений стандартными методами показало хорошую точность такого метода. Исследовались два класса МЖ: на основе воды и на основе керосина (Таблица 2.).

N Изготовитель жидкость-носитель Стабилизатор -» р-103 кг/м3 Мнас кА/м фу 7.

1 БТИ, Минск керосин олеиновая 956 15 3

кислота

2 БТЙ, Минск тот же тот же 1046 21 5

3 там же тот же тот же 1064 ' 25 6

4 НИИ Газпере-

работки, тот же тот же 1101 32 7

Краснодар

5 БТИ, Минск вода олеат 1148 12 3.5

натрия

6 . Опытный з-д тот же ВНХ-40В 1048 5.7 1.1

Редкино

7 Опытный з-д тот же ВНХ-40В 1187 16 4.5

Редкино

8 там же тот же тот же 1252 28 7

Аппроксимирующие выражения, полученные для скорости звука с(Т) и плотности р(Т) Щ типов 1-8 представлены соответственно в Таблице 3. Эти результаты позволили провести теоретическое исследование зависимости коэффициента затухания ПАВ от температуры и концентрации, основанное на явном виде коэффициента затухания, полученном в диссертационной работе. Выявленная зависимость коэффициента затухания ПАВ от концентрации МЖ позволила сделать утверждение о том, что полученные результаты могут являться основой для метода исследования седиментационно-адгезионных процессов, обуславливающих изменение структуры (концентрации, плотности и т.д.) в области контакта МЖ с твердой подложкой.

N С(Т) Р(Т)

1 2279.3345 - 3.596666-Т 1154.9628 - 0.678333-Т

2 2206.0771 - 3.466833-Т 1256.0944 - 0.716667-Т

3 2096.0396 -.3.181666-Т 1308.5000 - 0.833333-Т

4 2217.8384 - 3.518333-Т 1342.6589 - 0.823333-Т

5 130.48332 + 7.9802769-Т--0.0115061-Т2 1116.7200 - 0.239999-Т

6 -1198.7593 + 16.142857-Т--0.0235714-Т2 1237.1913 - 0.306521-Т

7 -377.60071 + 11.097143-Т--0.0164286-Т2 1288.9500 - 0.349999-Т

8 -1158.1075 + 16.728571•Т--0.0266667-Т2 1366.1610 - 0.389126-Т

В приложении представлен акт использования результатов диссертационной работы в качестве основы для разработки методики проектирования магнитожидкостных уплотнений, .по которой спроектированы реально действующие устройства.

ВЫВОДЫ

1. Получено полуэмпирическое выражение, позволяющее рассчитывать толщину пленки, выносимой поступательно движущейся подложкой из ограниченного объема МЖ, находящейся в магнитном поле известной конфигурации и напряженности. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая определять характерные постоянные, входящие в полученное выражение. Созданная таким образом методика позво-

- 18 -

ляет решать комплекс задач, связанных с расчетом количества жидкости, увлекаемого движущейся подложкой.

2. В задачах, связанных с исследованием смачивающих свойств МЖ предложено исходить из принципиального, преде-, тавления о смачивании, как о мере соотношения адгезионно-когезионных сил в жидкости. Такой подход позволил отказаться от традиционно определяемых в этом случае величин -краевого угла смачивания и поверхностного натяжения - и, тем самым, избежать связанных с этими величинами неопределенностей и разночтений."Указанные принципы позволили разработать и создать экспериментальную установку и методику определения смачивающих свойств МЖ по отношению к данной подложке.

3. Доказано наличие магнитной составляющей адгезии во взаимодействии МЖ с твердой подложкой и возможность контролируемого регулирования ее величины.

4. Экспериментально обнаружена неоднородность смачивающей пленки в.области перехода объемной жидкости в смачивающую пленку.

5. Получено дисперсионное соотношение для ПАВ, распространяющейся в системе "жидкий слой на твердом полупространстве" с учетом поверхностного натяжения свободной поверхности жидкости, поверхности твердого вещества в области контакта с жидкой средой и жидкости в той же области.

6. Проведен полный численный анализ полученного соотношения. Показано, что вклад членов соотношения, связанных с поверхностным натяжением исчезающе мал по сравнению с остальными членами и величина их практически не зависит от толщины слоя жидкости. Получено аналитическое выражения для волнового числа и коэффициента затухания ПАВ. Сравнение расчетных величин с экспериментальными результатами других авторов дали удовлетворительное согласование.

7. Разработаны установка и методика, позволяющие за один цикл измерений определить скорость звука в жидкости, ее плотность и вязкость, а так же зависимость этих параметров от температуры; результаты, полученные таким-образом хорошо согласуются с результатами традиционных методов.

■ - 19 -

8. Проведено теоретическое исследование влияния температуры и концентрации МЖ на распространение ПАВ в системе "МЖ-твердая подложка". Показана принципиальная возможность использования ПАВ в исследовании изменения свойств МЖ в слое, граничащем с твердой подложкой.

Основное содержание диссертации опубликовано в следую-' щих работах:

1. Соколов Н.'А., Евсин С.И., Исследование адгезии магнитных жидкостей. - В сб.Материалы областной конференции молодых ученых. - Иваново.- ИВГУ.- 1986.-С.124.

2. Соколов H.A., Евсин С.И. К вопросу об адгезии магнитных жидкостей.- В сб. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (3-й Бенардосовские чтения).-Т.2.- Иваново.- ИЭИ.- 1987.- С.95.

3. Соколов H.A., Евсин С.И., Страдомский Ю.И. Исследование уноса магнитной жидкости в герметизаторах ввода возвратно-поступательного движения.- В сб. Материалы 12 Рижского совещания по магнитной гидродинамике.- Т.4.- Са-ласпилс.- Изд-во ИФАН ЛатвССР.- 1987.- С.7-10.

4. Евсин С.И., Страдомский Ю.И., Соколов H.A., Харьковский В.Б. Определение параметров рабочей зоны магнито-жидкостных герметизаторов вводов возвратно-поступательного движения.- Электромеханика. - 1988.- N 7,- С.92-93.

5. Соколов H.A., Архипов Н.В., Фролова JI.В. Исследование смачивающей способности магнитных жидкостей.- В сб. 4-е Бенардосовские чтения.- Иваново.- ИЭИ.- 1989,- С.127.

6. Evsin . S.I., Sokolov N.A., Stradomsky Y. I., Charkovsky V.B. Development* of magnetic fluid reciprocating motion seals.- Fifth international conference on magnetic fluids.-1989 - Riga.- USSR.- Inst, of Phys. Latv. SSR. - P.208-210.

7. Соколов H.A. Исследования по определению смачивающих свойств магнитной жидкости.- В сб. Тезисы докладов 13

- 20 -

Рижского совещания по магнитной гидродинамике. - Т.З.- Са-ласпилс.- 1990.- С.67-68. *

8 .Создать магнитожидкостные системы герметизации...-Отчет о г/б НИР N гос. регистрации 01860067325.- Иваново.-1990.- С.41-48.

9 .Evsin S. I., Sokolov N.A., Stradomsky Y.I., Charkovsky V.B. Development of magnetic fluid reciprocating motion seals.- Jornal of Magnetism and Magnetic Materials.- 1990.- V.85.--P.253-256.

Ю.Соколов H.A. Поверхностные акустические волны как средство исследования явлений на границе раздела магнитная жидкость-твердое тело.- В сб. Тезисы докладов 6 Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям.- Плес.- Институт механики МГУ.-Т. 2.- 1991.- С.129-130.

11.Sokolov N.A. Spriding of magnetizabl fluid under the influence of nonhomogeneous field as the basis for the study of Its moistening properties.- 7 International conference of magnetic fluids (July 20-24, 1992, Paris, France). - P.175-177

12.Соколов H.A. Поверхностные акустические волны в исследовании влияния магнитного поля на скорость звука в магнитной жидкости.- В сб. Материалы международной конференции "6 Бенардосовские чтения".- 1992.- Иваново.- С.130.

13.Соколов В.В., Соколов Н.А. Распространение поверхностных волн на границе жидкость-твердое тело.- В сб. Тезисы докладов международной конференции "Колебания и волны в экологии, технологических процессах и диагностике".- 1993.- Минск, Беларусь.- С. 119.

14.Соколов В.В., Соколов Н.А. Затухание поверхностных акустических волн на границе "твердое тело - магнитная жидкость".- В сб. Белорусский конгресс по теоретической и прикладной механике "Механика-95". Тезисы докладов. 1995. - Гомель.- ИММС АНБ. - Информтрибо. - С.208.