Магнитоожижение во вращаещемся магнитном поле тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

-ЛАТВИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт Физики

На правах рукописи

МАРТА Иван Федорович

МАГНИТООЖИЖЕНИЕ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

01.02.05 — механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саласпилс — 1991

Работа выполнена в Институте прикладной физики Академии наук Республики Молдова

Научный руководитель:

доктор технических наук, член-корреспондент Академии наук Республики Молдова М. К. Болога

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Цеберс А. О.;

кандидат физико-математических наук, старший маучный сотрудник Кашевский Б. Э.

час. на заседании специализированного совета ДО 10.01.02 в Институте физики Латвийской Академии наук по адресу: 229021, Латвийская ССР, Рижский район, п/о Саласпилс-1, ул. Миера, 32.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики Латвийской Академии наук.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация: Белорусский политехнический институт, г. Минск. Защита диссертации состоится 2 2

1991 г. в

Автореферат разослан « 22 »

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

А. Ю. Чухров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ! 1

Актуальность тнл. Ияторзс к нзучоияэ дасп'Зрзпих смзсой' с уСЛОлШОННи.МЛ .¡ЯЗИЧОСКПГЛ! СЕОЙСТВХ'Л шзпая вяроккм ярямзяенлсм гетерогенных сред е различных областл:: чздопочссг.ой делтелтлос:л. К такси смосл.м молю отпасти л' иплштоогллэютЗ слой (ЮС) - гзло-поиноо оостолнпо грубодпсперсних, иачягктмнних до насы'дзнля частиц, поддэрглсас«оо пергквшшм ада рра^даямся л'агялтянм лолач.

В отсутстпао "згнлтпого л о ."л, под д<?Зс?1г'.<?ч »'о.тчастл'шого даполь-дпполг.ного язаямодо'.'стЕЛЯ, дяслорсннз чпстпцч образу?:,? "крзсталлатеспуо" структуру в тщо маогоолойтх гзстлграхшяков.

Взззсляаля* дяоязрсной фаси яропсдодя? псслсйпо и алологлляо лспарзндэ молекул са слободна.!! папархяоетя глддостя. Прл пклзла-нил поля логчо "псяаряптсл" дислорслио часткпа, располояеялыэ па поверхности "кристалл!Г. С зеолкченпем я:!Д7кцял поля пзсь "крто-толл" расплавляется , т.о. пел гяоаараш -'¡аза приводятся во лзг?-г:з!П!0м состопп:!. ¡'.г/зняс тг'коч состо.';!'':--] л зрлжгго

Бозгюгяость «нт'«ютч.':кжпи я упротлавпя прсцогсгая пзрзнооз ы Г!0С, регуллаеланле'.! ллтзлсп^постл лазгллоолзге длллачлл длсл'рс-н'п; чпзтпц с пег/ецг-а п:"0'кд.зд кгпголого по;л, потголлг? -спзлт-золлть 1'СО и хо:лшлоглч'Эскнл пропзсса;:, дрогздаллд п уелоглял: глубокого салууга, боз контакта с ояру.т.а-ллч роздудом и пси достаточно мал ах зпачзнялх члезл Рг:лздьдса дспрзр'дл.о;; агл - случай, наиболее часто гстрочеягд-Чся з практлко иагллтоалгзэнлл, . !!зу*!<ш::з канетяпл агрзглроаандя л с-ася/г с лтшлыпеп взад-гадад-ствалт чазтлц длецерелол фззч, потгетртгшо гадродпи^тясяло ?'][<! зктн во ррад'агз^рмс.т магшшгсм полз, гмзета с вь^лоухазашила лре;:м7'дос'глз.1,д г.езгздя'зг разсуатрдлятт. !.'0С кзд достаточно лорсизк-тйвиуэ техкологичзскуп ерзду, лрздетаглягдуэ собой кяп чисто научный, так л прикладной яитерос.

Настоящая работа представляет собсЛ попытку тесрогич-эсксго описания смэся с начагнпчвкншл частица-'! дяспорсноЯ а, азы, взез-шзнноо состояние которах лоддорпнЕаотся пзрзменяым магнатшгм полем и с учетом инорщтк фаз.

Дольп работ;, является построение замкнутой системы уравнений магнитоожшкшшого слоя, а такяз качественное исследование этой систош и некоторые экспорямопталькыо оз обоснования.

Научная новизна результатов состоят в том, что:

- впервые предложена онотема уравнений дисперсной омаои о учетом инерции фаз, Реологические уравнения ооотояния характеризуются наличием асимметричных напряжений в обеих фазах. Диопарсная фаза рассматривается как грубадяопорсные намагниченные до насыщения частицы»

- получены некоторые частные решоная предложенной оиотемы уравнений магнитоожвденного слоя»

- выведено выражение для внергаи, подначиваемой мапгатоожижен-ному слою вращаюощмся магнитным полем, и на его основе получено уравнение для определения средней скорости хаотичеокн поступательного движения частиц диопероной фазы»

- приводятся результаты оксперимантов по изучению частоты отолк новений частиц со стонкой сосуда, величины момента, действующего на немагнитное тело, помещенного в МОС, распределением чаотиц по скороотям, средней скороота хаотически поотупательного двидения дисперсных чаотиц в аавиодмоств от индукции и частоты поля, обменной концентраций и размеров частит

- акопериментельно выявлен новый ейект - иамсненао направления вращения омеси при непрерывном увеличении частоты пьля.

Нпучнад и друтичрсря доддотп рлботы. Самостоятельный научный интерео представляет сиотема уравнений, опиоываыщая двикешзв грубодиоперсной смеси о учетом инерции фаз а взаимодействием о магнитным полем, а такие некоторые чаотные его решения, которые позволяют качеотвешш объяснить некоторые ранее йолучошше онопе-рименталыше результаты. Решения динамаческих уравнений диспораной частицы в магнитном поле, в концентрированных оаотемах, позволяют не только следить за одоаность» ее движения, во и на их аонове подучить выражение для оредней енергии частицы, которое новот служить основой при расчете конкретных процеосов переноса в МОО. ЭДект цеменещш направления вращения оызоп при непрерывном увеличении частоты поля может быть попользован в различных технических устройствах.

Достижение насыщения маханячеокого момента, действующего на немагнитное тело, помещенное в КОС, а ташз частоты столкновений частиц оо стенкой осоуда в еависвмоотн от индукции поля, свидетельствуют о существовании определенного диапазона индукции в чао-soth поля, при котором передача онергаа дисперсной фазе, оптимальна;

^.пгюбация работы. Основные результаты работы докладывались

на:

- Ш Всесоюзной школе-семинаре по магнитным жидкостям (г.Плес,

1983 г.);

- XI Рижском совещания по магнитной гидродинамике (г.Рига,

1984 г.);

- 1У Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям (г.Плео,

1985 г.);

- У Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям (г.Плео, 1968 г.)5

- У Международной конференция по магнитным жидкостям (СССР, г.Рига, 1989 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, изложена на 109 страницах, включая 13 рисунков и описок литературы из 126 наименований.

КРАТКОЕ С0ДЕР2АНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность диссертационного исследования.

Цервая глава содержит обзор литературы. Так как магнитоопиленный слой обладает чертами, свойственными как магнитны;.) жидкостям - внутренние вращения дисперсных частиц, так и газовзвесям а псевдоожиженным слоям - их столкновения, то обзор литературы содержит анализ имеющихся достижений и трудностей, возникающих при математическом описании вышеуказанных гетерогенных сред. В 1.1. рассматривается математическое описание псевдоожиженных слоев и газовзвесей на основе феноменологического метода, метода осреднения и статистического подхода. Отмечается, что до сих пор попытки получить феноменологическим путем окончательные уравнения движения и определяющие соотношения для полного описания смесл введением дополнительных внутренних степеней свободы с учетом "температур" (интенсивности) различных статистически независимых фдуктуа-цнй в смеси (например, Еращения, колебания, деформации чаотиц и др.), не удалось из-за громоздкости, что вынудило исследователей ограничиваться рассмотрением некоторых основных свойств смеси посредством анализа тензоров напряжений в фазах и сил меяфазных взаимодействий.

Ориентационные явления в магнитных жидкостях (МЖ) описываются дополнительной степенью свобода - внутренние вращения дисперсных

частиц. Однако па отнсшегаю к сдвиговому хечошш Щ представляот-ся как однофазная срода. !.!одали газовзвоссй учитнзаь? щшрцаю обеих фаз /I/. В иссладоЕэдцдх таких омаоой сдолшт попытка, из чисто $епомзнологэтаских соображений, ввести аоа^огрлчццв напряжения в уравнения сохранения кинетического момента дисперсной с|а-зы.' Априорное введение таких напряжений в соответствующие уразне-1шя, по-видимому, но обосновано, так как окопорлшнтц свидетельствую? об отсутствии асиммотричшх DiM.ev.TOB в газовзвосях в рамках предлоканних мздалей,

Б 1.2. рассматривается практическое применение маглитоожл-■ ионного слоя в процессах массообмана - пешогааонне, десульфитацин пищевых яндхостсй, декарбонизации сточных еод, теплообмена, стабилизации псевдоо^л;:;ашюго слоя в различных тохнологичаоккх процессах, демонстрационные приборы п др. Б 1.3. ставится задача исследований п дастся общая характеристика работц.

Вторая глг'гя диссертации поовядена определению интенсивности хаотического дшшоная чаотиц дисперсной ^лзц.

Пусть МОС во вращаэдзмся магнитном пола находится в ралио-bschgu состояний. Это означает, что подкачиваемая магнитным полем аииргия затрачивается на поддержание частиц дисперсной <£ази во вэьеизшшм состоянии, интенсивность хаотического движения которих характеризуется "элективной температурой" т, . я на диссипацию в результате неупругости столкновений частиц и трепал о непрерывную фазу. Предположим,'что распределение магнитных моментов частиц изотропно и, что угол поворота магнитного момента частицы за время ыозду поолэдователышмл столкновениями мол. Первое предполо.же-1ша, распространенное в §лзике магнетизма, позволяет пренебречь силови!.' мамонтом со оторопи окрукак1лх частиц. Второе предположений позволяет линеаризовать уравнение движения, Сизичеогд это означает, что'рассматривается только концентрированные системы. Линеаризованная система уравнений двидешщ в проекциях имеет вид

V iln во соiif, - U С0й ifi zrJHt09 0,- О Sin О») «In ,

sin0„соif»- D 5iriif0 * P (to$0. -OsiriO.) C.05 w.i, ' Ц/ coiO. + у = JiO (cos^^lnw.i - iintf.cos c3.i ) cos 0c - (I) - J3 С ilrv4>»iin<b»i + совЧ"» со« w.i) iln0e +• + Jl (Coll?, Sin 8it(4>, coj cb.i) ,

где if, v Q - угли Эйлера! ч\, »He . - начальные значения углов, со о - частота магнитного поля, jj=JKHc>/I,,ju- ообствешшй

- б -

магнитный момент частицы, Н,- напряженность внешнего магнитного поля, i, - момент инерции дисперсной частица вокруг диаметра. На основе полученных решений системы уравнений (I) вычислим энергию, подкачиваемую полем одной чаотице за промежуток времени между двумя последовательными столкновениями!

W, а сх./а) <j¿>'cx) - (2)

где е*Мх) ^ е (X) ■»• v'ix) + 2ф1х> с*) с<М в IX) а угловые скобки означают усреднение по переменным, указанным индексами, х = ¿Ó.1. Составляющая вязкой диссипации определяется из уравнения поступательного и вращательного движений при малых значениях соответствующих чисел Рейнольдса и имеет вид

El г «£CM3/m ♦ <VI.)]i {3)

гдет,п. - соответственно масса и числовая концентрация частиц, Л, б" - коэффициенты трения поступательного и вращательного движений. Диссипация энергии, обусловленная неупругостью столкновений частиц имеет вид

E¡ = ч, с i- í п.4«, (4)

где??*- эффективный коэффициент неупругости, характеризующий неидеальность столкновений частиц, Е= mul/b - средняя энергия на одну степень сеойоды хаотически поступательного движения, U- - скорость хаотического движения.

Для равновесных состояний МОС, когда энергия, передаваемая полем частицам диссипирует в результате вязкого трения и неупругости столкновений частиц, уравнение баланса энергии, следующее из (2) - (4) имеет вид

С I» а/г-t.) <^*сх) - Ъ» =ЕГ+Е"г. (5)

Для замыкания (5) воспользуемся результатами кинетической теории плотных газов, для нахождения связи между А:, и U.

И «U ЫК)"г Ф X($)U./-d (6)

и получаем уравнение для определения U в виде

AtlT* AjU'-AJU'-A4U-AS =0, (7)

где ф - объемная концентрация частиц, dC множитель Энскога, с( -диаметр дисперсных частиц, A-¡-...А^ - параметры, зависящие от^ , т,Л ,6" , Ie , cí , сЗо , Ф , JC . В случае, когда в системе преобладает вязкая диссипация, Aj = 0. Единственный действительный корень уравнения (7) в радикалах анализировался численно на ЭВМ. Получе-

ни зависимости средней скорости от индукции и частоты поля. Анализированы ситуации, когда в система существенны вязкий и ударный механизмы диссипации. В таком случае средняя скорость частицы зависит от индукции поля по степенному закону U = о. В* + б , где

I; о. , g - некоторые постоянные. В случае преобладания вязкой диссипации решения (7) удовлетворительно согласуются о экспериментальными ре зультатами.

Третья глава работы, посвящена выводу континуальных уравнений, описывающих поведение магнитаожиженного слоя.

В 3.1. получены выражения для потоков энергии в фазах и дас-сипативной функции I.10C. На ее основе о использованием теоремы Кюри выписываются линейные уравнения Опзагера.

Выражения для.удельной объемной плотности полной энергий фаз иыаюг вид

= íiCit^'/a + К*/г1» v ixc су„ íj] E,= SaCt{V¡!t Kl/lIi + U^ÍMVa« ч На/а«£-М1Й+^)3/?гСг} , (8) где Ua = U»( ?4l s,) ♦ lio . Us- внутренняя энергия единицы массы дисперсной фазы, обусловленная нзвеааншм состоящей намагниченных, частиц, Li0 - ü „ с S.) - истинная внутрешщя опертая единицы массы дисперсных частиц, в продполо^нии нх недаформируемостп, m.p/vP = = Sp - истинная ндапюсть p-íl фазы, индексы: р - I непрерывная фаза, р = 2 - дисиаранач. VP - обьаи р-ü фазы в смэсп.-Si- энтропия материала частиц, a lp cjp - 1.:о.маат импульса единицы массы р-й фазы, 1Р - шмзнг инерции единицы массы, £>р - средняя .угловая скорость элемент объема р-й фазы, М , Н«. - векторы намагниченности и полй магнитной анизотропна, И - напряженность внэтного магнитного поля, - скорость р-й фазы.

Для получения гидродинамических уравнений НОС феноменологическим методом глгхаппки сплошной среды постулируем уравнения механики и электродинамики в виде

8tSP ср)/ Э* * div tjpcf =о , р = i, г ; ct * c¿ = i 9cjpcPupl)/0t * ^Ofj = ? • 3 (1ГЧ * Kfj)/ 01 Vk Oije = t "Tif (9)

Э Kíj / Si ♦ v.oíí Kti - H'u

divtíuwFhso, lotfUo, sPcpds¡./<tt * div u Фр >,0

где + , í Ti¡ - сила трения и момент трения мезду фазной. Верхний знаки в величинах р и Тц соответствуют индексу р - I, а нижние -

р = 2. Шаровая часть тензора n\j. благодаря хаотическим движениям дисперсных частиц, отлична от нуля, когда индукция поля превышает некоторое критическое значение, при котором реализуется взвешенное состояние, 3р - удельная массовая энтропия р-й фазы, 5Р - конвективный поток энтропии, ср - доля р-й фазы в объеме смеси, фг -источник энтропии, Пу , &ц* - плотности потоков импульса и момента импульса, l!u = у,, С Xi i5j - эск iSi ) - вихревой кинетический момент. Предполагается, что свободные заряды отсутствуют а фазы смеси ноэлоктропроводящио. Уравнения поля записаны в мапштостатп-ческом приближении.

Внутренняя энергия дисперсной фазы ЮС совпадает с внутренней -энергией асимметричной модели М2 с учетом конечной анизотропия ферромагнитных .частиц и без ^УДэта электронного кинетического момента /2/. Отличия между ними и дисперсной фазой МОС, рассматриваемое как континуум) заключаются в том, что дисперсные частицы в Ш. поддерживаются во взвешенном состоянии благодаря хаотическим движениям молекул жидкой матрицы, в то время как взвешенное состояние дисперсной фазы МОС поддерживается вращающимся магнитным полем. Этот факт проявляется в зависимости давления в "калорическом" уравнении состояния дисперсной фазы от величины индукции поля. Уравнения (9) отличаются от аналогичных уравнений работы /2/ наличием источников J и Т .

Вычисляем баланс энергии смеси. Для этой цели воспользуемся, с учетом вышесказанного применительно к дисперсной фазе МОС, ана- . логичными соотношениями, полученными в /2/. Имеем ЭЕ/Ot г - div(cu;/2 +W1> ftC^ + cui/a + Wi) siCjTJi + +

-Ii1 Kigl4)ej + vf«}^ -2i;4K1-lts51)Arai;iC?»-I,5t)« +j:-1(fT«.-c<.M)a,-l/i{SitJ f CS-« MlM-jfHt * ♦Ч'МКгХ.Я^&ц ^"H.lHrJM) Sy *{4fO"- С И, Hj --иг HlSg) -iftiMtHj ♦MJHi)}i?jUi TiVi gm -

-ii1 giW Ki -1/3{ sUi * i;1 к.скг^ЯКч} W * 7 -Т.Ч; ♦ ficuj-tfi) -Ti oi),

где E = Ej + Eg, % - поток тепла, =-ПРЧ + PpSy + ?, l5pLttpj тензор напряне1шй, дц„ = Gij, - nSft С LpLJ + + x-ßPi* - тензор плотности потока полного внутреннего момента импульса, а = а. v со * На , . Э Iii (Ы + т, ^ Hi. , у - диссипативная

- а -

функция смеси, НЕ = Н + Н*. ,

Из выражения ддя ц^ следующее ца (10) получаем следующую сиотему линейных феноменологических уравнений

= -х;» (с, (1с,- л*1^ сТГ«.— «и Я +

♦ с НI Н;- Чг н1 Ц) / И 5 + ( М ^ ♦ м , Н ¡,) /8 * I ■^ VI ♦ Ъ1V1 -:I /э £у ) ♦ + а' I «-М -!«$«> ; Ъ Ш

я 5ду = Бц + (ц)

♦ ^ С V, ТЦ * V/ - 8 /з Ц у^) + г^^ч V, ; 2 Я, » "С^-ПЙ,) 1 «¿/Т. = - Р « $ СТГ.1 -

); Т1= БСЫ^; V/«/Т,Т| * СТ.-Т»)

где 51 р, г /Д е^ ^ г^ - вектор вихря, и/« - енергия, передаваемая в единицу времени диснероной фазе оо стороны непрерывной) т\ , ч7?р , 7), , ^ , ,6 , ц ,1р>о- феноменологические коэффициенты, з? - магнитная восприимчивость, - эмпирический параметр, сгру в 5рц + д„ .

В 3.2. получены гидродинамические уравнения. Подставляя, полученные в (II) значения соответствующих векторов и тензоров в уравнения (9), получаем следующую сиотему уравнений магнитоожижен-ного олоя

♦ сг^й» « - VI Й ^сЙ- VТГВ>{Е*,I + «г» н, с м)} + (й ? + с учт,; л ♦ % +^ - т, > у Я. ♦

♦ (♦/гг,)*»!?. = -м«^ -

= -'<:-„'Iи$,с,[ вй ♦ с^,у)т5(] = Р4

IV ( Й + 4Я м) з о ; Я * о

.. Уравнения (12) вместе о уравнениями внутреннего и межфазного теплообмена ив (II) образуют замкнутую систему уравнений магнито-'ошшенногр слоя,

, Генерация микровихрей в непрерывной фазе осуществляется посредством межфазного момента трения В(¿5, -¿3,7, с увеличением объемной концентрации дисперсных частиц увеличивается и величина

указанного момента л ого вклад в формировании поля Я., , В предельном случае мелких частиц, когда она поддерживаются во взвешенном состоянии только броуновск-л движением молекул жидкой матрицы (без помощи внешнего магнитного поля), д, = Тж =0, столкновения дисперсных чаотиц отсутствуют, температура смеои одинакова и равна температуре непрерывной фазы? S,» û и следовательно, по отношению к сдвиговому течению рассматривается однофазная среда, я^я Я,* Иг loi v . В таком случае из (12) получаем систему уравнений Ш о моментами напряжения!,ni. В олучао потери магнитных свойств дисперсными частицами (напримед при их нагревании вше точ1Ш Кюри), теряотся и их связь о внешним полем. Тогда система уравнений (12) переходит в известные уравнения асимметричной гидродинамики разрялешшх суспензий, без учета объемных моментов, действующих на дисперсные частицы.

В 3.3. приводятся некоторые частные решения системы уравнений (12) в предположениях отсутствия диффузии внутреннего момента импульса в дисперсной фаза, стационарного и безвихревого движения несжимаемой смеси в бесконечно длинном цилиндре радиуса R во вра-щаяцемся с постоянной частотой ¿3. магнитном полз

Н= otH.co«| -e„H.imI , (13)

Рассмотрим двумерное движение смеои в плоскости С- , ), = О ; Vf = é^iV, Lt, у) + е» Ci, у) . Решения уравнений для векторов M а И* кщзм л гиде

¡Г,(/иоЦ + й «Uni)- o^tASlnl - & с os $ ) • На = ê, (ПйсоЗ| ^ E»in$) - tJ^t^DîtnS- Е coî §). Для определения А, В, Д, Е получаем систему уравнений t'I J- в + Т5 - t fc Б « О

т;' А А + ta П) + ( «о, - U, ) Е » о €), А + х-4 В - t;' за Е « о r^ А - û. а - t-Ml & и - т-'Д н., решения которой (достаточно громоздкие) линейно зависят от амплитуды поляН,. Проанализировано поведение h, Н«. и 5 при больших и малых частотах полясЬ,. Получено ¿^о, С А, В, Д, Е) = 0 и, следовательно, • ^ > = 0, т.е. ЮС размагничивается. Время релаксации дисперсной фазы существенно больше частоты поля. Это соответствует случаю, когда о ростом частоты поля магнитоояияенноэ состояние прекращается. Несмотря на достаточно сильные ограничения на cj , полученные решения качественно правильно отражают физачес-

- 1U -

кую картину слоя в указанном диапазоне частот.

Рассмотрим ламинарное течение нидкости вдоль ocn'gB цилиндрическом канале через МОС. Пусть TJ, s о , к4 = о . Уравнение движения непрерывной фазы имеет вид

О = -7CclPi} + l?^Vl+iirt ; d«V С ур Ср TJ 3 = О с

tot Ut = О , Vt С R) » О ; vt С О ) < со = U.

а ее решения

£» = .vcc,p4)/cit7,)[ff.(^|; «V5.CVJ.R - i] е. (17)

Здесь Ci. - функция Басселя, §„= ¿г/ ^ , V (с,f:\}/1- заданный перепад давлений на участке трубы длиной t . Выражению в квадратных скобках (16) соответствует парабола более пологая, чем парабола Пуа-зейля в гидродинамике однофазной жидкости. Для малых значений /f, R после разложения функции 3«, получаем

Vi « V(CiPt) RVl2i"jf )[l-t*/R/] ,

отличающееся от соответствующего пуазейлевского множителем 2 ^/ 'Ii «С увеличением объемной концентрации, в дисперсной фазе происходит своего рода "фазовый переход", который сопровождается образованием шогослойных шестигранников. В таком олучае уравнения сохранения непрерывной фазы переходят в известные уравнения теории фильтрации.

В четвертой главе представляются результаты экспериментальных исследований МОС.

В 4.1. описывается экспериментальная установка и методика измерений. Установка (рис. I) состояла из прозрачной цилиндрической камеры из немагнитного материала. Она устанавливалась в упорах, коаксиально, в полости индуктора вращающегося магнитного поля. В стенке камеры жестко устанавливался пьезоэлектрический датчик. Внутри камеры коаксиально, последовательно устанавливались цилиндры из немагнитного материала. Цилиндры и камера устанавливались в упорах о возможностью независимого вращения. В экспериментах использовалиоь сферические частицы из гекоаферрита бария, намагниченные до насыщения.

Траектории движь. :я чаотиц получены методом скоростной киносъемки. Путем проедарования кинограмм на экране, по величине последовательных смещений чаотиц строились гистограммы. На их основе получены максвелл-больцмановские распределения частиц по скоростям. Пьеаодатчик регистрировал частоту столкновений частиц со стенкой сосуда. Для определения средней скорости хаотического дви-

нения пьезометрическим методом пользовались известными соотношениями кинетической тоории плотных газов с привлечением в них мно-длтоля Энскога для газа твердых сфер.

В 4.2. получены диаграмм фазовых состояний МОС, В координатах с В, Ф) и <а,о.) . Они представляет собой кривые раздела взве-шанного состояния МОС от "кристаллического". На обеих диаграммах взвешивание системы происходит при больших значениях индукции поля, чем "кристаллизация". Следовательно, рассматриваемое явление з исследуемом диапазоне размеров частиц = 2...7,5 мм) и частоты поля (40...160) Гц имеет гистерозлсныЛ характер.

В -1.3. на основе построенных гистограмм, получены максзелл--больцманопокпе распределения частиц по скоростям. С ростом индукции поля пик распределения смещается вправо. Зависимость средней скорости частиц от индукции полл удовлетворительно согласуется с расчета1 тс гл. I. Среднюю скорость частиц пьезометрическим методом могло определить по <!ормулз

и (< 0 / а лГ С Ф), (18)

гдз 0 - 7д-?лтл1?'т псппрхностн"л частота столкнов-знлЦ ч.ютлц, олро-доллг:-ая экспериментально, X ( - мноллтоль Слслога. + 0,625 (30Д/ ) + 0,;:37 (В0/У )2 + ... , гдз Б0 = (2/3) Я г'3 - второй :лтрлпл:ллл1 лп-ТТлллолт для газа с^с-р^л: сТор длс.л.зтрс:.! е( . Глллслсллз олз.ллл! но гог"г'Л) (10) делило давать насколь-

ко зпвнсспнна значения, тго: кал ое црг.:.:?и«н::о л '.'ОС из ^^л^ллаз^

«•.пюльиого сзапмод-зЛстппл гзнлу лалзллг.....которое приводит к

уг-лнылонлл В0 п, следователи«), г. росту ') . Огмзхг.'.!, что ."лолпхель Глскога л." получал длл изотропного газа л учитывает гаокетрлтзе-куп зкрг.тлрогку п тз^спсч 7глч 1'.:С, 2 то лрел.'л кал в столкновении со ст.знкоД, аймарзшип: "э вкспср'.-.'-зита, участвуют только чао-тлл'л, нглодт-лос.-: в телесном угле 2з~. Глалслепно средней скорости частиц л'.оаомзтрлллс-л"! методом но Iзг:.:у1 (16) ц к.^одо:; скоростной клиосъзклл удонлотгорпт-глмю г.лщ:о::с1Г"лруг.тсл сгзксниоЯ зглтепмаотьп Ц » <х С"Ч " . Д?д *г>лт:щ диг.мзтроп с| я 1,7 гм колу-тл.-лга - 1,,к - 0,>10, 3 = 0,10 - г'-лтадсм скоростной клиосгомка; а 0,.50, - 0,43, 3 = 0,35 - тозо::этрлчос!:пч плтадоч. Идя чдо-размеров 2,01; •1,71; 7,5-1 мм а диапазоне! концентрации 0,0?< < 0,25 орадняя скорость доотзгззт максимального гиачопзд, ДОС-

Лй чого быстряо ПДДПСТ ДЛЯ ЧЗОТПЦ с ¿олгллл'! дагаитрсм (глц'о'ллх:!!!

лзлгг остнотол ностэгтяоЙ), Анализ ¿олиаого коллчзстач гкзногимаи-лалхкизс рэзультптов я штдо частоты столкновении О в аавлсигостн о г

индукции поля, для разных объемных концентраций и размеров частиц, свидетельствует о достижении состояния насшцешш. Но так как О является мерой интенсивности хаотического движения частиц, то это свидетельствует, по-Еидимому о том, что существует предельное значение индукции поля, выше которого дальнейшая подкачка энергии МОС невозможна.

В 4.4, показано, что МОС намагничивается. Экспериментальные исследования МОС в переменном магнитном поле с меченными по полюсам частицами показывают, что в широком диапазоне изменения индукции поля и концентрации, магнитные моменты частиц следуют за вектором индукции поля, то есть МОС намагничивается и Еектор на-маишченнооти совершает колебания о частотой внешнего поля. В 4.5. рассматриваются некоторые макроскопические аффекты в МОС во вращающемся магнитном поле. Проводились опыты по увеличению в движении ферромагнитных дисперопй вращающимся магнитным полем. Выявлено, что эффект Цветкова наблюдается и в грубодисперсных смесях, каким является МОС. Эксперименты проводились в диапазоне частот 20...200 Гц, индукции поля до 0,1 Т. Размеры частиц 2,85; 4,75; 7,54 мм. Значение индукции поля, при которой начинается вращение смеси, зависит от объемной концентрации и размеров частиц. Обнаружен новый эффект. Выявлено, что с ростом частоты поля (при постоянной индукции) растет и вихрь скорости смеси. При достижении

М*,Г-см

Рис. I. Схема экспериментальной установки. I - камера, 2 - пьезодатчик, 3 - цилиндр, 4 - намагниченные частицы.

Рис. 2. Зависимость механического момента от напряженности поля. Прямые линии - а = 4,71 мм, • ,

о , + , Л = 2,81 мм; Ч> = 0,055. Сплошная линия и начерченные кружочки - диаметр цилиндра - 3 см.~ Штриховая линия и крестики -4 см. Штрихпунктирная линия и белые кружочки - 5 см.

некоторого крзтлчзского значенЫ чаототн, врззовяз смеси прекращается. С дяльл2П,::.'!М росте,} т-^тзтп нглзняат враться в протлпополо"!гуп сторону. пр:1 котором происходит пзрзстройка тччпгсм с:.'мп ессггзллт? н-езощко Горц. Лпленпо носит гпсторозясть! характер, то ость, п-г.тгпп нптрч сг.оростя .~ту,кооти поолз срыва врзг-.окзч рзото? с ростсм -*с.*07а поля мядлокпао, чем до срыва. Аналогичное язлзнпз кг.Згггл'Т-зя п з !Л. Критическая чистота поля, прл которой прочего;пчгжеуз игпрзэлоная врг-щения с'мсп зав-лент от лпдуглпз погя з гл~'":рлп чготкц, злзкостя непрерывно ^тзч. Такой зЦзк? гз."г.т к?".п пгл;:з?.:!яя з оярзделошшх тохнзчоекпх устройствах.

Ор:!е:!тиро2Г.Ш!0'з згл^-пш дзеп.лрггзпе чзотнц проявляется п в воэнзкиовзпзд погзготр.тггп кзчр.г.'::з.'1, Г::*?.".-: л г.г*"*,отг:пиуг> часть тензора нплр-ззонз.Ч з дзспэрсноЛ (Т^то о^уолазлон г.зкродоиг.0-ииом 1/2 С ^^ - гб'г), кстороо гмзот мзета я копцеитрпропшшнх системах. В ртргиопн'п о::стп;.:.ах, з состпопп.р^зновпеля, и» п О. Слзячоская кзртг.на зазпзкнезензл мсэнтп из пэзорхнссти цилиндра (зз пекзпптного мзгегчпла) з рззпоз-.спгч сооточтпгп "'ОС основана на орзеитлру:г-!ГЧ зозде-стззз ззгд'пгз гпгззтязгз ноля, Чг.стзцч, стрег'лсь с о:: р " и:: т ь гп: *:' т-1 :у п пот ллгг'лк;;/;) ьпергглэ ллл-модеИст-ззя о енслпги пол::!, ^ргллг.ггл л ту -ч лтлплпу, что ц поло, В результате стол'Зтозоня.Ч кзг'я :1 гллдщглм происходят о&:вп мо-

у-зуд «-поп, то астз лллтл;:и "пэдг^л^лл-лт" цллпплр. Как следствие, па лозэрззоохл цздзндрз »оглзк::'^ л, фа озл, ::стор-'Л прзводцт его 30 В?2"10!П!0. ТйДЛМ ОбрЗЗСМ, подлл'зшш пар!! СИЛ на поверхности цзлнндра'обусловлено орзснтзпзпй векторов мамонтов «.".пульсов частиц, а следоватзльио, п мзгнзтнн:: моментов, то есть нгчогжгшпзпаом МОО, При поз::ог::1астн нззазясимзго двздонкя, камера и цилиндр вращается в противоположных направлениях. С ростом объемной концентрации частиц, при Ф > 0,0, дисперсная фаза и внутренний цилиндр (при фзкезрозатши камеры) вращаэтея в сторону против направления вращения пола. АналогизшИ оЭД.окт внутренних степеней вращений известен в гидродинамике микроструктурах глд-костей. На рис. 2 продставлопы экспериментальные зависимости механического момента м* , действующего на цнллндр от напряженности поля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Предложена гидродинамическая модель магниюожшштого слоя (МОС), раосмотрением его как двухфазного двухокоростного континуума. Учет инерции диспероных намагниченных частиц приводит к необходимости учета индукции поля в калоричеоком уравнении состояния дисперсной фазы и к появлению дополнительного слагаемого в асимметричной чаоти тензора вязких напряжений,

2. Получены некоторые частные решения системы уравнений МОС во вращающемся магнитном поле. Качественно они правильно отражают физическую картину магнитоожижения и удовлетворительно трактуют некоторые эксперименты,

3. Рассчитано среднее количество энергии, подкачиваемое полем магнитоожиженному слою во вращающемся магнитном поле в линейном приближении, что соответствует олучага концентрированных систем.

4. Получены экспериментальные результата по изучению средней скорости движения частиц, механичеокого момента и частоты столкновений частиц со стенкой в зависимости от индукции поля, размеров

и концентрации частиц. Выявлен новый эффект - изменение направления вращения смеои при непрерывном увеличении чаототы вращающегося магнитного поля.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах»

ЛИТЕРАТУРА

1. Болога М.К,, Марта И.Ф., Сюткин С,В, Образование упорядоченных структур в системе магнитожеотких диполей в переменном магнитном поле. Ш Всесоюзная школа-семинар по магнитным жидкостям. M. 1983. С. 36-37,

2, Болога М.К., Буевич Ю.А., Марта И.Ф., Сюткин C.B., Тетю-хин В.В. Об особенности перехода беспорядок-порядок в системе магнитожеотких диполей // XI Рижское совещание по МГД. Т, Ш. Магнитные жидкости, Салаопилс. 1984, С, 143-146,

3..Болога М.К,, Буевич Ю.А., Марта И.Ф., Сюткин C.B., Тетю-хин В.В. О движении частиц в магнитоожиженном слое // XI Рижское совещ. по магниты.гидродинамике. Т. 3. Саласпилс. 1984, С. 139 -142.

4. Болога М.К., Сюткин C.B., Тетюхин В.В., Марта И.Ф. Некоторые особенности взвешивания дисперсных систем в переменном магнит-

- IS -

ном пола. // Фивико-химичаокая гидродинамика. Сборник научных трудов. Свердловок. - 1985. - 0. 21-33.

5. Кубрицкал Т.Д., Олару Г.Н,, Сорокина В.П., Марта И.Ф., Бузуляк В.А. Электрофдотатор ЭФА-2 для очяотки яблочного сока // Ппщавая промышленность.1988. - № 3, С. 20-21,

6. Болога М.К., Марта И.Ф. Od эффекте внутренних вращений частиц в магнитооотяенном алав. // У Всесоюзная конференция по магниттш яядкостям. Тезисы докладов. - T. I. - 1.1. - 1988. -С. 28-29.

7. Марта И.Ф. Ыапттаолшйаила во прощающемся магнитном поле. I. // Магниты.гидродинамика, - 1087. - Л 4, - 0. 83-90,

8. Болога М.К., .'.'зрта И.Ф, Могннтоокиконие во вращающемся магнитном поло. В. // Магнитн.гидродинамика, - 1988. - JS 3. -С. 103-108.

9. Буевяч Ю.А., Марта И.Ф., Скшиш C.B., Болога М.К. Некоторые особенности поведения диопарошх ферромагнетиков во вращающемся магнитном поло. // 1У Воосоюзная конференция по магнитным жидкостям. Тезисы докладов. - Иваново. - 1986, - С, 69-70.

10. Марта И.Ф. Континуальная механика магнптоо.та^енного слоя // Мэгнитн.гияролтшрмяка. - 1989, - Л 4. - С. 22-28,

11. M. k. Go2o<ja, I. F. Ma-2-ta, ПО. G. Oîlpov. Some vffocis in coaaio зцзр^ггîlorx j. a ^ a о m a^ ri all. a MjilamS uridai a 04. ai paling tjiag ncUc. -flaCd. Ifijéju.-erica. 'y Ir\l. Coa-f, o^ M a<p я Ut F£ulcU. Q.(> j-Uft-cts. Rljjû.. 13 03. p. 1>3- tl't.

12. И. K. boCorjcu, I.F. M aala. aad D. О. 0$\.p о v.

Зогпа la соацд su3parni.ort jeiiOTna-j -

aeùa itflizrni u-ndtb aCiaincvUng -ma^rt^lic. -fi-e&i

Iri^uan-ca// Dou-inai? oj Mag nanism a^ Mcujaeiic. , Мл1«г1аба. - 1 Э 30.- Vo 33.-p. {3J- 193.

13. Сюткин C.B., Болога M.K., Буевич Ю.А., Марта И.Ф. и др. Способ моделирования молекулярных процессов. АС СССР И I25II57 // Бюл. № 30. 16,08.86.

14, Болога Ы.К., Буспцч Ю.Л., 1,!арта И.Ф. п др. Устройство для моделирования калекулпршх процессов. АС СССР II I27I865 // Ев и

а 43. 23.11.8G.

15. Егоров B.f.i., Болога U.K., 1,'лрха И.О. Прибор по физика для демонстрации колзкуляршх процессов. АС СССР Л 1330650 // Бал. lb 30. 15.08.07.

Цитируемая литература

1. Протодьяконов И.О., Цибаров В.А., Чесноков Ю.Г.•Кинетическая теория газовзвесей. Л. 1935. 200 с.

2. Байтовой В.Г., Кашевскпй Б.Э. Асимметричная модель магнитной жидкости с учетом коночной анизотропии ферромагнитных частиц // Магнитная гидродинамика. - 1976. - JS 4. - С. 24-32.

Подписано в печать II.09.91. Формат 60x84 I/I6. Объем 1,0 печ.л. Отпечатано ¡¡а ротапринте. Заказ ?,"> 291. Тирах: 100 экя.

Типография издательства "Штиинца", 277004. г.Кишинев, ул.П.Мовнлэ,8.