Тепло- и массоперенос при охлаждении полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ
|
Клименко, Михаил Юрьевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Ставрополь
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2000
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.14
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
РГ£ ОЯ)
Клименко Михаил Юрьевич
ТЕПЛО-И МАССОПЕРЕНОС ПРИОХЛАЖДЕШШ ПОЛОГО НАМАГНИЧИВАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ
01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Ставрополь - 2000
Работа выполнена на кафедре технологии и сопротивления материалов , Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии
Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор
Симоновский Александр Яковлевич
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор
Соколов Виктор Васильевич
кандидат физико-математических наук, доцент Никитин Лев Васильевич
Ведущая организация Институт механики МГУ, г.Москва
Защита состоится!^"[июня ,2000 г. в 15® часов на заседании диссертационного совета К 063.93.02 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу:
107846, Москва, ул. Стромынка, д. 20
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПИ.
Автореферат разослан 21 ^ая 2000 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук
Баландин В.А.
0ЯГЗ. ЗГб^ОЗ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность проблемы и направление исследований. Магнитные жидкости, представляющие собой коллоидные растворы ферро- или ферримагнит-ных частиц в жидких носителях, относятся к числу новых магнитных материалов. Благодаря удивительному сочетанию сильных магнитных свойств, при наличии всех остальных свойств обычных жидкостей, магнитные жидкости получили широкое распространение в различных областях науки, техники и медицины. В последние годы активно исследуется влияние магнитного поля на тепло- и массопе-ренос при кипении магнитных жидкостей. Магнитоуправляемоеть магнитных жидкостей открывает широкие перспективы для использования их в качестве охлаждающих сред при высокотемпературных технологических процессах, например таких, как термическая обработка материалов..
Изучение влияния магнитного поля на тепло- и массоперенос при охлаждении полых цилиндров в магнитной жидкости представляет как научный, так и практический интерес. Эти исследования расширяют предстаатения о закономерностях протекания нестационарных процессов кипения магнитных жидкостей в постоянных магнитных полях, а так же вносят вклад в разработку нового нетрадиционного вида термической обработки материалов, обеспечивающего управление механическими свойствами, структурой и деформациями изделий машиностроения, подвергаемых закалке или друтим видам термической обработки.
Диссертационная работа выполнялась в 1996-2000 гт. в соответствие с планами научно-исследовательских работ Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии и поддерживалась РФФИ (Гранты РФФИ №96-01-01747 и №99-01-01057).
Целью настоящей работы являлось изучение влияние внешнего магнитного поля на процессы тепло- и массообмена, гидростатику и гидродинамику магнитной жидкости в окрестности наружной и внутренней поверхностей полого цилиндра, а так же на структуру, механические свойства и величину остаточных деформаций стальных полых цилиндров, подвергаемых термической обработке в магнитной жидкости.
Доя этого были поставлены следующие основные задачи: исследовать влияние магнитного поля на изменение температуры различных точек внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- провести эксперименты по изучению возникающих в полости цилиндра интенсивных парожидкостных потоков;
- осуществить экспериментальное и теоретическое моделирование лекальных паровых полостей, обнаруженных в процессе охлаждения полого цилиндра в
окрестности его наружной стенки при различных ориентациях оси цилиндра к направлению вектора внешнего магнитного поля и вектора силы тяжести;
- найти распределение температуры в стенке полого цилиндра в различных условиях охлаждения в магнитной жидкости;
- определить остаточные деформации полого цилиндра, подвергнутого термической обработке (нагреву в печи и охлаждению) в магнитной жидкости;
- изучить влияние магнитного поля на формирование структуры и механических свойств на разных участках стенки стальных полых цилиндров, подвергнутых закапочному охлаждению в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- впервые экспериментально и теоретически изучено влияние магнитного поля на тепло- и массоперенос при охлаждении полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости;
- впервые экспериментально обнаружено возникновение интенсивных турбулентных парожидкостных потоков в полости цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости без магнитного поля и в магнитном поле, когда начальная температура охлаждаемого цилиндра выше температуры Кюри материала цилиндра;
- впервые показано, что при охлаждении полого цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры выше точки Кюри материала цилиндра его полость в течение длительного периода времени охлаждается более интенсивно, чем его наружная поверхность, т.е. так же, как и без магнитного поля;
- впервые найдено, чю при охлаждении полого цилиндра в магнитной жидкости в магнитном ноле от начальной температуры ниже точки Кюри материала цилиндра магнитные силы препятствуют проникновению магнитной жидкости в полость цнлиц-ра и охлаждение внутренней его стенки происходит в паровоз-луншои среде во нсех исследованных температурных интервалах охлаждения;
- впервые показано, что при охлаждении полого цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры ниже точки Кюри материала цилиндра в окрестности его наружной поверхности образуются регулярно, в соответствие с распределением магнитного гголя, расположенные локальные паровоздушные полости;
- впервые проведено экспериментальное и теоретическое моделирование образования паровоздушных полостей, регулярно расположенных в окрестности различных участков наружной поверхности полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости, путем наблюдения за состоянием свободной поверхности магнитной -жидкости вблизи внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра при различной ориентации его оси к напрааленшо вектора внешнего магнитного поля и вектора силы тяжести;
- в результате решения задачи о распределении температуры в стенке полого
цилиндра в различные моменты времени охлаждения впервые показано сложное ее распределение по толщине стенки полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости;
- впервые экспериментально показано, что, изменяя толщину стенки полого цилиндра и интенсивность внешнего магнитного поля, можно управлять остаточными деформациями полого цилиндра, возникающими в результате неоднородного охлаждения его поверхности в магнитной жидкости;
- впервые экспериментально найдено, что при закалке полого цилиндра в магнитной жидкости путем изменения величины внешнего магнитного поля можно добиваться как равномерного, так и неравномерного распределения структуры и механических свойств в стенке полого цилиндра.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментального изучения закономерностей охлаждения различных точек внутренней и наружной поверхностей полого намагничивающегося цилиндра от начальных температур выше и ниже точки Кюри материала цилиндра в магнитной жидкости без магнитного поля и в магнитных полях различной интенсивности;
- результаты экспериментального изучения различных режимов кипения магнитной жидкости в различных температурных интервалах охлаждения по характеру осадка расслоившейся магнитной жидкости на поверхности полого намагничивающегося цилиндра при охлаждении его в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- результаты экспериментального и теоретического моделирования локать-ных паровоздушных образований в магнитной жидкости вблизи 'наружной поверхности полого намагничивающегося цилиндра при различной ориентации его оси к направлению вектора внешнего магнитного поля и вектора силы тяжести;
- результаты численного моделирования нестационарного поля температур полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- результаты экспериментов по изучению остаточных деформаций'полого цилиндра, подвергнутого неоднородному охлаждению в магнитной жидкости;
- результаты экспериментов по закатке стальных полых цилиндров в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности.
Практическая ценность полученных результатов, Экспериментальные исследования тепловых, гидродинамических, термоупругих и металлофизиче-ских процессов, сопровождающих охлаждение полых намагничивающихся цилиндров в магнитных жидкостях, показали, что путем наложеш;1 магнитного поля и изменением толщины стенки полого цилиндра при термической обработке в магнитных жидкостях можно управлять распределением стриоуры и яыутте-ских свойств стенки цилиндра, и при этом добиваться заранее заданной не'.пчипь:
ее остаточных деформаций, либо осуществлять бездеформационную закалку, что имеет большое значение доя практики термической обработки изделий машиностроения.
Достоверность полученных результатов подтверждается: сопоставлением расчетов, проведенных по разработанным моделям, с многочисленными экспериментальными данными; применением при проведении измерений стандартных приборов и оборудования; статистической обработкой результатов экспериментов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях СГСХА в 1997, 1998, 1999, 2ООО гг.; III научной конференции преподавателей, аспирантов и студентов Ставропольского университета "Актуальные проблемы современной науки", Ставрополь, 1997 г.; Всероссийской научной конференции "Физико-химические проблемы нанотех-нологий", Ставрополь, 1997 г.; 8гй Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям, г.Плес, 1998 г.; Юбилейной конференции «Современные проблемы механики», посвященной 40-летию Института механики МГУ, Москва, 1999 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структу ра и объем диссертации. Диссертация написана на 153 страницах, состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 63 рисунка,-3 таблицы и список литературы из 99 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы. Определены цель и задачи исследований. Сформулирована научная новизна работы. Приведены основные положения, выносимые автором на защиту, и сведения об апробации работы.
В первой главе диссертации дается аналитический обзор ранее опубликованных работ по вопросам охлаждения твердых тел в магнитной жидкости.
Во второй главе экспериментально и теоретически изучается влияние магнитного поля на процессы тепло- и массопереноса, сопровождающие охлаждение полого намагничивающегося цилиндра от различных начальных температур в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности. Вводятся понятия «полюсов» и «боковых частей» наружной поверхности цилиндра. «Полюсами» цилиндра называются области его наружной поверхности, нормаль к которым параллельна вектору внешнего магнитного поля, а «боковые части» наружной поверхности - области, нормаль к которым перпендикулярна вектору внешнего магнитного поля. В п.2.1 приводится описание экспериментальной установки и методики изучеьия процессов охлаждения полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости. Намагничивающийся полый цилиндр 1 (рис.1 а) с наружным диаметром 25 мм, внутренним диаметром 15 мм и высотой 40 мм,
3x30
<5°
Рис.1
укреплялся на немагнитном цилиндрическом штоке 2 в направляющих 3 и нагревался в трубчатой электропечи 4. Охлаждение проводилось быстрым погружением образца при вертикальном расположении его оси в центр объема магнитной жидкости, заполнявшей немагнитный цилиндрический контейнер 5, установленный в зазоре между полюсами 6 электромагнита. На внутренней и наружной поверхностях цилиндра устанавливались спаи семи термопар - четыре на наружной и три на внутренней поверхностях. Схема расстановки спаев термопар приведена на рис.1 б. Расположение термопар на поверхности цилиндра будем характеризовать углом 9 между направлением вектора приложенного постоянного магнитного поля Я0 и радиус-вектором точки на поверхности цилиндра, проведенным из его центра. Термопары 1-4 устанавливались на наружной поверхности равномерно через 30 градусов. Точке 1 соответствовал угол 3 = 0°, точке 4 - Э = 90°. Термопары 5-7 устанавливались на внутренней поверхности равномерно через 45 градусов. Точке 5 соответствовал угол 9 = 90°, точке 7-9=0°. Показания термопар регистрировались светолучевым осциллографом 7. В экспериментах использовалась магнитная жидкость, представляющая собой коллоидный раствор магнетита в* воде. Приводятся сведения об ошибках измерений. В п.2.2 приводятся результаты измерения интенсивности охлаждения различных точек поверхности полого цилиндра в магнитной жидкости без маг- , , нитного поля от различных начальных !Ют ' температур - 800°С, 500°С и 300°С. На рис.2 приведены зависимости средней ;' \..„._ температуры Т наружной (кривая 1) и внутренней (кривая 2) поверхностей цилиндра от времени т охлаждения в магнитной жидкости без магнитного поля от о ю 20 начальной температуры образца 800°С. Рис.2
400 }
н
Из рис.2 видно, что охлаждение точек внутренней поверхности полого цилиндра происходит значительно интенсивнее точек его наружной поверхности. Под интенсивностью охлаждения здесь и в последующем будем понимать угол наклона касательной к кривой охлаждения. Приводятся результаты наблюдений за сменой режимов кипения- магнитной жидкости в процессе охлаждения. Дается объяснения более интенсивного охлаждения внутренней поверхности полого цилиндра. С эгой целью приводятся результаты следующего эксперимента. В контейнере магнитной жидкостью 1 (рис.3) без магнитного поля до половины высоты погружай» полый цилиндрический образец 2, нагретый до температуры 800°С, и наблюдали за состоянием свободной поверхности магнитной жидкости снаружи и внутри цилиндра. Эксперименты показали, что после погружения образца свободная поверхность жидкости в полости цилиндра начинала пузыриться и из верхнего отверстия полого цилиндра вытекал уси- Рис.3
ливающийся во времени пенообразный парожидкостный поток 4 магнитной жидкости. При этом свободная поверхность магнитной жидкости снаружи цилиндра оставалась спокойной. Это объясняется тем, что при погружении образца, нагре гого до высоких температур, в объем магнитной жидкости на наружной и на внутренней его поверхностях происходило взрывообразное вскипание - жид-кос 1ь отделялась от теплоотдающей поверхности слоем пара. С наружной стороны кипение происходило в пристенном слое в большом объеме сильно недогре-той жидкости и паровые пузырьки, отрывающиеся от поверхности паровой пленки. попадая в объем холодной жидкости, схлопывались. В полости цилиндра кипение происходило в ограниченном объеме, где жидкость быстро прогревалась и пузырьки пара, отрывающиеся от поверхности паровой пленки, не схлопывались, а образовывали конгломераты пузырей, которые под воздействием выталкивающей силы, связанной с разностью плот нос [ей жидкости и пара, всплывали, увлекая .и .обой соприлегаюшие объемы жидкости. Создавался пенообразный парожидкостный поток, интенсифицирующий охлаждение внутренней поверхности полон? цилиндра. Как показати жеперимепты, с понижением начальной темпера!) ры образца до 500"С - 300"С интенсивности отвода тепла от наружной и от внутренней поверхностей полою цилиндра выравнивались. В п.2.3 приводятся резулькиы измерения интенсивное» охлаждения различных точек внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра в магнитной жид-ости от начальной температуры образца выше точки Кюри в матнпгпом поле. I ! . рис.4 приведены кривые охлаждения различных точек наружной и внутренней поверхностей полого цилиндра от начатьной температуры 800"С в магнитной жидкости в магнитном поле 105 кА/м. Номера кривых на рис.4 и 5 соответствуют номерам точек
расстановки спаев термопар на схеме рис Л б. Эта схема показана в правом верхнем углу обоих рисунков. Из рис.4 видно, что до момента времени охлаждения — 12 с интенсивность охлаждения точек 1-4 наружной поверхности образца была одинакова в пределах ошибок измерений. Затем на кривых 1-3 наблюдалось резкое падение температуры, а в
Y
Рис.4
точке 4 температура продолжала убывать монотонно. На внутренней поверхности до момента времени ~ 7 секунд после начала охлаждения интенсивность теплообмена была значительно выше, чем на наружной поверхности. В последующее время охлаждения температура точек 5-7 медленно возрастает. В работе дается объяснение такому ходу кривых охлаждения. Температура 800°С выше температуры Кюри (768°С) и температуры аустенизации (715 °С) материала цилиндра. Поэтому при погружении в магнитную жидкость охлаждаемый полый цилиндр находился в парамагнитном состоянии со структурой аустенита (высокотемпературная у-фаза стали) и не искажал внешнее магнитное поле. Вследствие чего, как видно из рис.4, до момента времени охлаждения ~ 12 с характер охлаждения его внутренней и наружной поверхностей такой же, как и без магнитного поля (рис.2). Последнее связано с тем, что при быстром охлаждении в стали происходила задержка распада высокотемпературной парамагнитной у-фазы и образец, как показывают наблюдения, находился в парамагнитном состоянии. В результате ферромагнитного превращения в охлаждаемом образце в полости цилиндра магнитное поле слабо отличалось от нуля, а в окрестности его наружной сильно искажалось цилиндром. Магнитная жидкость, попавшая в полость цилиндра, находившегося в парамагнитном состоянии в начальный момент времени охлаждения, после завершения ферромагнитного превращения в материале цилиндра выталкивалась из его полости магнитными силами и отвод тепла от внутренней поверхности цилиндра происходил в парогазовую среду. Температура внутренней поверхности цилиндра начинала возрастать за счет подвода тепла из внутренних слоев стенки цилиндра. По мере завершения ферромагнитного превращения, вблизи наружной.поверхности цилиндра на магнитную жидкость начинали действовать силы, отталкивающие ее от боковых участков наружной поверхности (точка 4 и диаметрально ей противоположная), и прижимающие жидкость к наружной стенке цилиндра вблизи полюсов (точка 1 и диаметрально ей противоположная). За счет этого вблизи полюсов цилиндра интенсивность охлаждения резко повышалась. В п.2.4 приводятся результаты измерения интенсивности охлаждения поверхности полого цилиндра в магнитной жидкости от начальной температуры ниже точки Юорн материала цилиндра в магнитном поте.
На рис.5 приведены кривые охлаждения < различных точек поверхности полого цилиндра в магнитной жидкости от на- . чальной температуры 500° в магнитном ; V, поле 83 кА/м. Из рис.5 видно, что интен- 200 ; ' *"' • * • * - • •.. ^
сивность охлаждения точек 5-7 внутрен- * ■.■•.п
ней поверхности значительно ниже, чем I
точек 1-4 наружной поверхности. Кро- 0123 ме того, точка 4 охлаждалась несколь- Рис.5
ко медленнее, чем точки 1-3. Дается объяснение этим результатам. При погружении ферромагнитного образца в магнитную жидкость силы магнитного поля препятствовали проникновению жидкости в полость цилиндра и охлаждение внутренней его поверхности (точки 5-7) происходило с малой интенсивностью. Из-за действия в окрестности боковых частей наружной поверхности цилиндра на магнитную жидкость сил, отталкивающих ее от поверхности, эти участки охлаждались менее интенсивно, чем окрестности полюсов цилиндра-, где магнитная жидкость прижималась магнитными силами к поверхности цилиндра. На основании показаний термопары 4 в работе было сделано предположение о возникновении вблизи точки установки этой термопары в объеме магнитной жидкости паровой полости, затрудняющей отвод тепла. Увеличение интенсивности внешнего магнитного поля при неизменной начальной температуре образца приводило к усилению описанных выше различий в интенсивности охлаждения точек внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра. Следует отметить, что охлаждение точек 1-3 наружной поверхности цилиндра от. температуры ниже точки Кюри в начальный период происходило с большей интенсивностью, чем при охлаждении от температуры выше точки Кюри материала цилиндра. Это объясняется искажениями, вносимыми ферромагнитным цилиндром в приложенное магнитное поле и возникновением магнитных сил, прижимающих магнитную жидкость к поверхности цилиндра в этих точках, что и приводило к более интенсивному отводу тепла. С понижением начальной температуры обрата до 300°С характер охлаждения различных точек наружной и внутренней поверхностей цилиндра, по сравнению с охлаждением от 500°С, уже существенно не изменялся. В п.2.5 найдено распределение магнитного поля в различных областях полого цилиндра: в его полости, в стенке и снаружи цилиндра. Цилиндр предполагался бесконечно длинным. Из уравнений Максьелла следует возможность введения скалярного потенциала для напряженнрсги магнитного поля, удовлетворяющего уравнению Лапласа. Решение уравнения Лапласа было найдено в виде разложений скалярного потенциала магнитного поля по гармоническим функциям, содержащих неопределенные коэффициенты. Выражения для неопределенных коэффициентов были найдены йз граничных
условий - условий непрерывности на границе раздела двух магнетиков касательной компоненты вектора напряженности магнитного поля и нормальной компоненты вектора магнитной индукции. В п.2.6 дается теоретический анализ сил, действующих на магнитную жидкость в окрестности различных точек наружной поверхности намагничивающегося полого цилиндра. Найдено уравнение, описывающее распределение давления в магнитной жидкости в окрестности наружной поверхности полого цилиндра
Р = Ра +И0М5И0(2созЗ-1), _ (I)
где р - давление в магнитной жидкости на наружной поверхности полого цилиндра; ра -давление в магнитной жидкости вдали от цилиндра; ро - магнитная постоянная; Мэ - намагниченность насыщения магнитной жидкости; Но - напряженность внешнего магнитного поля. Уравнение написано в приближении - магнитное поле велико, намагниченность насыщения магнитной жидкости мала по сравнению с величиной магнитного поля. Силой тяжести и поверхностным натяжением пренебрегается. На основании выражения (1) дается объяснение механизмам образования паровых полостей в окрестности боковых участков наружной поверхности намагничивающегося полого цилиндра и механизмам образования осадка расслоившейся магнитной жидкости на этих участках в процессе охлаждения в магнитной жидкости. В частности, в момент погружении в магнитную жидкость горячего полого цилиндра жидкость на его поверхности взрывообразно вскипала и вокруг цилиндра возникала паровая прослойка - режим кипения при этом был пленочного. В результате действия магнитных сил происходило перераспределение давления р в магнитной жидкости в соответствии с выражением (1) вблизи поверхности паровой пленки. При этом паровая прослойка утончалась в окрестности полюсов цилиндра и утолщалась вблизи боковой части его наружной поверхности. Утончение паровой прослойки в окрестности полюсов (точка 1 и диаметрально ей противоположная) приводило к интенсификации теплоотвода на этих участках. В окрестности боковой части наружной поверхности (точка 4 и диаметрально ей противоположная) утолщение паровой прослойки снижало интенсивность теплообмена. На этих участках паровые пленки сохранялись в довольно широком температурном интервале, не свойственном д ля пленочного кипения. Это было подтверждено наблюдениями за характером осадка расслоившейся магнитной жидкости на наружной поверхности цилиндра.
В третьей главе приводятся результаты экспериментального и теоретического моделирования паровых полостей, возникающих в объеме магнитной жидкости в окрестности наружной стенки полого цилиндра при различной ориентации его оси к направлению вектора внешнего магнитного поля и вектора силы тяжести. Моделирование проводилось путеь: наблюдения за распределением свободной поверхности магнитной жидкости, окружающей холодный полый ци-
Рис.6
о
Рис.7
Рис.8
линдр. различно ориентированный в пространстве, при включенном магнитном поле. В п.3.1 дается описание экспериментальной установки и методики изучения форм свободной поверхности магнитной жидкости вблизи вертикально расположенного полого цилиндра в приложенном мапшгном ноле, вектор которого перпендикулярен к оси образца. Схема экспериментальной установки приведена на рис.6. Полый цилиндр 1 с высотой и наружным диаметром 20 мм и внутренним диаметром 12 мм устанавливался в центр немагнитной цилиндрической кюветы 2, дном которой служило матовое стекло 3. Кювета располагалась между полюсами 4 электромагнита. При включенном магнит-пом поле напряженностью 105 кА/м к поверхности полого цилиндра порциями подавалась магнитная жидкость. Распределение магнитной жидкости в окрестности полого цилиндра регистрировалось. фотокамерой. На рис.7 представлен видимый сверху торец полого цилиндра без магнитной жидкости. На рис.8-10 представлены фото-фафин вида сверху полого цилиндра, окруженного различными объемами магнитной жидкости (8,54 и 220 см3 соответственно). Вектор внешнего магнитного поля на рис.8-10 лежит в плоскости фотографии и направлен слева направо. 15 центральной части рисунков белое круглое пятно - полость цилиндра. Из рис.8 видно, что малые объемы мат нипюй жидкости собирались вблизи полюсов цилиндра н виде столбиков, горизонтальное сечение которых имело уигпсообрашую форму и увеличивалось в 1 [.шрав. 1СШШ СИ- !ы 1яжест и. Добавление объема магнитной ли !кост до 54 см' приводило к растеканию ее по дну кюветы и формированию подковообразных светлых областей на дне кюветы, видимых сверху и снизу от цилиндр.! на рисЛ). Когда объем жидкости в кювете становится равным 220 см', происходило смыкание левого и правого от цилиндра объемов магнитной жидкости и полти боковых участков поверхности полого цилиндра происходило образование ноиушных полостей конусообразной формы - белые пятна в верхней и нижней частях рисунка в окрестности большого круглого светлого пятна - полости цилиндра (рис.10). Попытки введения магнитной жидкости в полость цилиндра показали, что в окрестности ею торцов на магнитную жидкость действуют магнитные силы,
Рис.9
Рис.10
препятствующие ее проникновению в полость цилиндра В п.3.2. приводятся результаты теоретического анализа формы свободной поверхности магнитной жидкости, окружающей полый цилиндр. Записывалось уравнение равновесия для элемента объема магнитной жидкости и условие непрерывности нормальной компоненты тензора напряжений на границе магнитная жидкость-воздух. С учетом ряда допущений - магнитное поле велико, жидкость намагничена до насыщения, намагниченность насыщения магнитной жидкости меньше величины внешнего магнитного поля, и пренебрегая поверхностным натяжением и магнитным скачком давления на границе раздела жидкость-воздух, было записано уравнение свободной поверхности магнитной жидкости. После подстановки в это уравнение выражений для распределения магнитного поля в окрестности наружной поверхности полого цилиндра, найденных в п.2.5, получено выражение, описывающее форму свободной поверхности магнитной жидкости вблизи полого цилиндра
Pgz
г" +2R2H02cos23r2 + Я„2Л4 =0,
(2)
где р - плотность магнитной жидкости; г, 9, z - координаты точки свободной поверхности магнитной жидкости в цилиндрической системе координат, с - константа; R - наружный радиус цилиндра. По решению уравнения (2) при различных значениях константы с были построены графики распределения свободной поверхности магнитной жидкости вблизи внешней поверхности полого цилиндра (рис. 11-13). Из симметрии задачи графики построены для первого квадранта плоскости поперечного сечения цилиндра z = const. Начало координат (z = 0) располагалось на верхнем торце полого цилиндра. Ось z направлена вертикально вниз. Кривые на рнс. 11-13 являются геометриче- г,м о.к
Но
ским местом точек, описываемым уравнени- --—-
ем (2), при значениях константы с равных
-yjO,6Ни; -V099 Н0; -л/2Н0 соответственно. Линии 1, 2 и 3 на рис.11-13 соответствуют значениям параметра z, равным 0; 0,01 и 0.02 м соответственно. Заштрихованные области на рис. 11-13 заняты магнитной жидкостью. Количественное сравнение форм г-м t свободной поверхности магнитной жидкости, наблюдавшихся в экспериментах (п.3.1), с рассчи танными по уравнению (2) показало хорошее их соответствие - различие не превышало 8%. В п.3.3 приводятся результаты экспериментального изучения и теоретического описания распределения свободной Рис 12
0 03
г,м
Рис.13
Рис.14
поверхности магнитной жидкости вблизи горизонтального полого цилиндра во внешнем магнитном поле, вектор которого направлен перпендикулярно к оси цилиндра. Экспериментальная установка и методика изучения форм свободной поверхности магнитной жидкости соответствовали приведенным в п.3.1. Способ расположения кюветы между полюсами электромагнита показан на рис.14. Напряженность внешнего магнитного поля в экспериментах составляла 105 кА/м. Вектор внешнего магнитного поля на рис.15-17 лежит в плоскости фотографии и направлен слева направо. На рис. 15 представлена фотография вида спереди полого цилиндра без магнитной жидкости. Из рис.16 видно, что малые объемы магнитной жидкости (8,3 см3) собирались у полюсов цилиндра в эллипсоидальные каплевидные образования, которые по мере удаления от стенки цилиндра провисали в направлении силы тяжести под ее действием. При увеличении объема магнитной жидкости до 95 см3 (рис.17) происходило растекание ее по стенке кюветы и формирование в окрестности нижней боковой части наружной поверхности цилиндра, воздушной полости. Дальнейший рост объема жидкости приводил к уменьшению просвета воздушной полости в окрестности нижней боковой части наружной поверхности цилиндра и формированию вблизи верхней боковой части поверхности горбиков жидкости, уровень которых возвышался над уровнем поверхности цилиндра. По мере добавления жидкости в кювету эти горбики возвышались и, наконец, смыкались, а над верхней частью наружной поверхности цилиндра формировалась воздушная полость, просвет которой был больше, чем у нижней полости. Последующее увеличение объема магнитной жидкости в кювете приводило к формированию торообразнои , оздушной полости, опоясывающей цилиндр. Ось горообразной [юлости бь .„ с''направлена с вектором внешнего магнитного поля. Полость цилиндр;' оставалась незанятой магнитной жидкостью и сообщалась с торообразной воздушной полостью. Описанную картину в эксперименте на фотопленку зафиксировать не удалось. Было найдено уравнение, описывающее форму свободной поверхности магнитной жидкости вблизи наружной поверхности горизонтального полого цилиндра
Рис.15
Рис.16
Рис.17
рф
-X 81П 9 -
л/1 +.2х2 сов2$+х*
(3)
Здесь введена безразмерная координата г{&)
х = -. Формы свободной поверхности Ь
магнитной жидкости вблизи горизонтального полого цилиндра, рассчитанные по уравнению (3) при значениях константы с, равных 0,028-Цо-М3-Но, 0,025-Цо-М?Но, 0,022-Цо-М5-Но и 0,018-ро-М5-Но соответственно, представлены на рис. 18-21. В центре рис. 18-21 две концентрические окружности изображают поперечное сечение цилиндра. Заштрихованные области на рис. 18-21 заняты магнитной жидкостью. Стрелками показаны направления вектора внешнего магнитного поля и вектора силы тяжести. Результаты расчетов распределения свободной поверхности магнитной жидкости, приведенные на рис.18 и рис.19, соответствуют найденным в эксперименте (рис.16 и рис.17). В п.3.4 приведены результаты экспериментального изучения характера распределения магнитной жидкости в окрестности горизонтального полого цилиндра, ось которого сонаправпена с вектором внешнего магнитного поля. Экспериментальная установка и методика изучения форм свободной поверхности магнитной жидкости соответствовала приведенной в п.3.1. Образец располагался в центре немагнитной кюветы. Ось полого цилиндра была сонаправлена с вектором внешнего приложенного магнитного поля. Напряженность внешнего магнитного поля составляла 105 кА/м. На рис.22 представлена фотография вида сверху полого цилиндра без магнитной жидкости. На последующих фотографиях, рис.23-25, показана эволю- РШ
ция свободной поверхности магнитной жидкости вблизи полого цилиндра'с увеличением объема магнитной жидкости в кювете. Вектор внешнего магнитного поля на рис.2225 лежит в плоскости фотографии и направлен слева направо. Из рис.23 видно, что магнитная жидкость объемом 4,6 см3 скапливалась на торцах цилиндра в тороидальные образования. Возрастание объема магнитной жидкости до
Рис.20
Рис.22
16,1 см , рис.24, приводило к увеличению тороидальных образований на торцах цилиндра и сттеканию магнитно"!
Рис.24
Рис.25
жидкости из них в направлении полюсов электромагнита. При этом полость цилиндра, оставаясь незаполненной магнитной жидкостью, закрывалась свисающими с верхних частей торцов цилиндра объемами магнитной жидкости. Увеличение объема магнитной жидкости в кювете до 225 см3 приводило к смыканию левого и правого придонных объемов магнитной жидкости и формированию вблизи боковой поверхности цилиндра воздушных полостей, которые видны как белые пятна в верхней и нижней частях рис.25. При этом большая часть боковой поверхности цилиндра не омывалась магнитной жидкостью. Дальнейшее увеличение объема магнитной жидкости приводило к уменьшению просвета воздушных'полостей и росту высоты столба жидкости в кювете вдали от цилиндра. Затем магнитная жидкость смыкалась над цилиндром и в объеме магнитной жидкости вокруг наружной поверхности цилиндра формировалась торообразная воздушная полость, ось которой была сонаправлена с вектором внешнего магнитного поля. В п.3.5 рассмотрено влияние размеров цилиндра, объема окружающей цилиндр магнитной жидкости и величины магнитного поля на формирование воздушных полостей в окрестности горизонтального цилиндра, ось которого сонаправлена с вектором внешнего магнитного поля. Экспериментальная установка и методика изучения форм свободной поверхности магнитной жидкости соответствовала приведенной в п.3.1. В экспериментах использовались цилиндры диаметром 5 мм с различным соотношением длины 1,к диаметру d. Показано, что вблизи поверхности цилиндров, у которых соотношение 1/d менее 10 при -изученных в экспериментах объемах магнитной жидкости и величинах внешнего магнитного поля формировались две полости вблизи средней части цилиндров. При соотношении длины цилиндра 1 к его диаметру d - 1/d ~ 10 вблизи его поверхности в зависимости от объема магнитной жидкости и величины внешнего магнитного поля в объеме магнитной жидкости могли формироьаться две или четыре воздушные полости. Формы свободной поверхности Мзгнипюй живости объемом 90 см в окрестности цилиндра с соотношением длины 1 к диаметру J = 10 при величинах внешнего магнитного поля 83, 105 и 124 кА/м ьривед шы нарис.26-28 соответственно. В малом поле (рис.26) в окрестности цилиндра формировались четыре воздушные полости - по две у каждого его торца. С ростом напряженности внешнего магнитного поля до 105 кА/м эти полости вытягивались вдоль цилиндра (рис.27), а затем, при на-
Рис.28
пряженности мапштного поля 124 кА/м (рис.28), сливались и формировались две полости - по одной на каждую сторону цилиндра, расположенные практически вдоль всей сто поверхности. В работе приводится объяснение этим результатам. Растекаясь по дну кюветы, магнитная жидкость попадала в области с неоднородным магнитным полем в окрестности полюсных наконечников электромагнита и в окрестности образца. Неоднородность, вносимая образцом во внешнее магнитное поле, зависит от его объема. В описываемых экспериметпах с цилиндром с ростом величины магнитного поля преобладала неоднородность, вносимая полюсными наконечниками электромагнита. Магнитная жидкость перетекала от образца в области полюсных наконечников и в окрестности цилиндра формировались с ростом интенсивности приложенного магнитного поля вначале четыре, а затем две воздушные полости.
В четвертой главе приводятся результаты экспериментального и теоретического изучения нестационарного поля температур полого цилиндра при охлаждении его в магнитной жидкости, а также исследования остаточных деформаций и фазового состава полых стальных цилиндров, закаленных в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности. В п.4.1 приведена численная модель температурного поля полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в Mai питном поле. Граничными условиями для уравнения теплопроводности, записанного в цилиндрической системе координат, при численном его решении служили распределения температур по различным точкам поверхности полого цилиндра, найденные в эксперименте (п.2.4). Расчет температурного поля полого цилиндра проводили для объяснения ряда явлений, происходящих при его охлаждении в магнитной жидкости в магнитном поле. В частности, в экспериментах по охлаждению полого цилиндра (п.2.4) наблюдалась интенсификация охлаждения точки 4, р ^положенной на боковой части его наружной поверхности, с ростом величины внешнего магнитного поля. При этом, по результатам расчета сил, действующих на магнитную жидкость в окрестности полого цилиндра, приведенным в I1..1.4. с ростом величии»:! внешнего магнитного поля окрестности боковых участи; наружной поверхности цилиндра должны во'.рас га п. магнитные силы, omet пмющие мапитную жидкость от этих участков поверхности. В п.4.2 показано, 'чо ожод тепла в от окрестностей точки 4 в значительной степени определялся присутствием азимутальной составляющей вектора удельного теплового потока. 11оному "интенсификация охлаждения точки 4 с ростом величины приложенного магнитного поля связана с отводом тепла от внутренних слоев стенки цилиндра, еоприлегаюпшх с точкой 4, в азимутальном направлении. Проведены оиегки величины термических напряжений, возникающих в стенке цилиндра из-за искажения его температурного поля при неоднородном охлаждении поверхности, покивавшие, что величина термических напряжений на порядок ниже предела упругости для стали, что не должно вызывать остаточных дефор-
маций цйлиндра после его охлаждения в магнитной жидкости. В п.4.3 приведена методика и результаты изучения остаточных деформаций полых цилиндров с наружным диаметром равным 25 мм и различной толщиной стенки, подвергнутых закалке в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности. Показано, что после закалки полых цилиндров с толщиной стенки 5 мм остаточных деформаций не выявлено. Изначально круглое поперечное сечение полых цилиндров с толщиной стенки 1 мм после закалки в магнитной жидкости в магнитном поле приобретало эллипсообразную форму. При этом наибольший диаметр цилиндра был ориентирован перпендикулярно направлению вектора внешнего магнитного поля. Выявлено, что величиной остаточных деформаций полого цилиндра можно управлять, изменяя интенсивность внешнего магнитного поля. Возникновение остаточных деформаций цилиндров с толщиной стенки 1 мм объясняется напряжениями, возникающими в материале цилиндра между фазами с различным удельным объемом в ходе превращения переохлажденного аустенита в мартенсит. В п.4.4 приведены результаты исследования фазового состава и механических свойств полых стальных цилиндров, выполненных из стали 40Х, закаленных в магнитной жидкостй. Показано, что после закалки толстостенных полых цилиндров вдоль их стенки наблюдалась неравномерно распределенная структура, твердость которой вблизи полюсов была выше на 15 ед. НЯС, чем вблизи белковых участков наружной поверхности. При закалке тонкостенных цилиндров показано, что их структура была равномерно распределена по стенке и представляла собой мартенсит с микротвердостью 920 кг/мм2.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
1. Впервые экспериментально и теоретически изучены процессы тепло- и массопере-носа при охлаждении полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности в широких температурных интервалах.
2. Показано, что при охлаждении полого цилиндра от начальной температуры 800сС в магнитной жидкости без включения магнитного поля интенсивность отвода тепла от внутренней стенки цилиндра гораздо выше, чем от наружной поверхности. Показано, что такой характер охлаждения цилиндра связан с возникновением интенсивного парожидкостного потока в полости цилиндра, выносящего магнитную жидкость из верхнего его отверстия. Возникновение парожидкостного потока объясняется формированием в полости конгломератов пузырьков пара и их всплытием. С понижением начальной тел -ературы интенсивность охлаждения наружной и внутренней поверхностей ци'^идра ьыравнивается, что объясняется отсутствием парожидкостных потоков в полости цилиндра
3. Найдено, что в течение достаточно длительного периода после начала охлаждения цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры выше точки Кюри материала цилиндра процесс охлаждения происходит так же,
как и без магнитного поля до температуры, существенно меньшей температуры Кюри. Наблюдаемое явление связано с задержкой превращения парамагнитной у-фазы стали - аустенита - в ферромагнитную а-фазу - мартенсит - при быстром охлаждении цилиндра. Охлаждение внутренней поверхности цилиндра определяется парожидкостным потоком, как и при охлаждении без магнитного поля.
4. Найдено, что при переходе цилиндра в процессе охлаждения из парамагнитного в ферромагнитное состояние магнитная жидкость магнитными силами выталкивается из полости цилиндра и охлаждение его внутренней стенки происходит в паровоздушной среде. На боковых точках внешней поверхности цилиндра обнаружены участки поверхности, свободные от осадка расслоившейся магнитной жидкости. Из анализа сил, действующих на магнитную жидкость, показано, что на этих участках жидкость отталкивается магнитными силами от поверхности цилиндра.
5. Путем экспериментального и теоретического изучения форм свободной поверхности магнитной жидкости в окрестности полого намагничивающегося цилиндра в магнитном поле показано, что паровые полости в окрестности боковых участков поверхности цилиндра имеют форму конусообразных воронок, сужающихся в направлении силы тяжести.
6. Проведено экспериментальное и теоретическое моделирование образования паровых полостей, окружающих наружную поверхность цилиндра в процессе его охлаждения его в магнитной жидкости в магнитном поле, для различных ориентации оси цилиндра к направлению векторов внешнего магнитного поля и силы тяжести. Показано, что:
-при всех ориентациях коротких цилиндров относительно векторов внешнего приложенного магнитного поля и силы тяжести в окрестности наружной поверхности цилиндра образуется полость тороидальной формы, ось которой со-направлена с вектором внешнего приложенного магнитного поля; -для длинных цилиндров при определенном объеме жидкости и соотношении длины цилиндра к его диаметру в малом магнитном поле в окрестности торцов цилиндров образуются четыре воздушные полости. По мере роста величины приложенного магнитного поля полости в начале удлиняются в направлении центральной части цилиндра, а затем сливаются, образуя две воздушные полости . - по одной на каждую сторону цилиндра.
7. Решена задача о распределении поля температур в стенке полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности. Сделаны оценки порядка величин термических напряжений. Показано, что при неоднородном охлаждении цилиндра и при достигаемых в процессе охлаждения перепадах температур в стенке толстостенного цилиндра термические напряжения не превышают предела упругости для стали и не приводят к возникновению остаточных деформаций.
8. Постаалены эксперименты по изучению остаточных деформаций и фазового состава на различных участках пэ;.ых толстостенных и тонкостенных цилиндров,
подвергнутых охлаждению в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности. Показано, что неоднородное охлаждение толстостенных полых цилиндров в магнитной жидкости в магнитном поле приводит к неоднородному распределению структуры стали в объеме стенки цилиндра при отсутствии остаточных деформаций. При охлаждении тонкостенных полых цилиндров в магнитной жидкости в магнитном поле в стенке цилиндра образуется равномерная структура и возникают остаточные деформации, приводящие к сплющиванию тонкостенных цилиндров вдоль направления вектора внешнего магнитного поля. Величина сплющивания изменяется в широких пределах с ростом величины приложенного магнитного поля.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ
1. Аванесов С.Ю., Клименко М.Ю., Симоновский А.Я. Фигуры равновесия свободной поверхности магнитной жидкости вблизи полого цилиндра. / Физико-химические и прикладные проблемы магнитных жидкостей. Сб. науч. тр. / СГУ-Ставрополь, 1997. - С. 149-15.4.
2. Поведение свободной поверхности магнитной жидкости в окрестности горизонтально расположенного намагничивающегося цилиндра в магнитном поле. / Аванесов С.Ю., Авдеева O.A., Гогосов В.В., Клименко М.Ю., Симоновский А.Я. / 8-я Международная Плесская конф. по магнитным жидкостям: Сб. науч. тр. -Птес, 1998.-С.119-121.
3. Экспериментальное и теоретическое изучение фигур'равновесия магнитной жидкости, окружающей полый ферромагнитный цилиндр в магнитном поле. / Гогосов В.В., Кирюшин В.В., Клименко М.Ю., Симоновский А.Я. / Современные проблемы механики: Тез. докл. Юбилейной науч. конф., посвященной 40-летию Ин-та механики МГУ (22-26 ноября .1999 г.) М., 1999. - С.54-55.
4. Экспериментальное изучение процессов гепломассопереноса при охлаждении полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле. / Гогосов В.В., Кирюшин В.В., Клименко М.Ю., Симоновский А.Я. / Современные проблемы.механики: Тез. докл. Юбилейной науч. конф., посвященной 40-летию
' Ин-та механики МГУ (22-26 ноября 1999 г.) М., 1999. - С.56-57.
5. Клименко М.Ю. Влияние магнитного поля на число и форму воздушных полостей образующихся в окрестности погруженных в магнитную жидкость намагничивающихся цилиндров и пластин. // Современные проблемы механики: Тез. докл. Юбилейной науч. конф., посвященной Ю-летию Ин-та механики МГУ (22-26 ноября 1999 г.) М., 1999.-С. 108-110.
6. Клименко М.Ю. Возникновег/'з ш.генг .¡ii::,ix турбулентных парожидкосгных потоков в полости цилиндра, охлаждаемою в магнитной жидкости. // Современные проблемы механики: Тез. докл. Юбилейной науч. конф., посвященной 40-летию Ин-та механики МГУ (22-26 ноября 1999 г.) М., 1999.-С.110-111.
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ НАМАГНИЧИВАЮЩИХСЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
1.1. Теплообмен сплошного намагничивающегося цилиндра при охлаждении в магнитной жидкости
1.2. Теплообмен намагничивающегося шара при охлаждении в магнитной жидкости.
1.3. Теплообмен намагничивающейся пластины при охлаждении в магнитной жидкости.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ПОЛОГО НАМАГНИЧИВАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ.
2.1. Экспериментальная установка и методика изучения процесса охлаждения полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности.
2.2. Интенсивность охлаждения наружной и внутренней поверхностей полого цилиндра в магнитной жидкости без включения магнитного поля. ^
2.3. Интенсивность охлаждения наружной и внутренней поверхностей полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле при начальной температуре цилиндра, превышающей температуру Кюри.
2.4. Интенсивность охлаждения наружной и внутренней поверхностей полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости при начальной температуре цилиндра ниже температуры Кюри в магнитных полях различной интенсивности.
2.5. Распределение сил, действующих в магнитной жидкости, окружающей намагничивающийся полый цилиндр, в магнитном поле.
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРОВОЗДУШНЫХ ПОЛОСТЕЙ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В ПРИЛОЖЕННОМ ВНЕШНЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ В ОКРЕСТНОСТИ НАРУЖНОЙ СТЕНКИ ПОЛОГО ЦИЛИНДРА.
3.1. Распределение свободной поверхности магнитной жидкости вблизи вертикально расположенного полого цилиндра. Эксперимент.
3.2. Теоретическое описание формы свободной поверхности магнитной жидкости, окружающей намагничивающийся вертикальный полый цилиндр, во внешнем магнитном поле.
3.3. Экспериментальное и теоретическое описание распределения свободной поверхности магнитной жидкости, окружающей намагничивающийся горизонтальный полый цилиндр, во внешнем магнитном поле, направленном перпендикулярно оси цилиндра.
3.4. Экспериментальное изучения равновесных форм свободной поверхности магнитной жидкости в окрестности намагничивающегося полого цилиндра во внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси цилиндра.
3.5. Влияние различных факторов на формирование свободной поверхности магнитной жидкости в окрестности цилиндра. х
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПОЛЯ ТЕМПЕРАТУР ПОЛОГО ЦИЛИНДРА И ЕГО ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. ЗАКАЛКА СТАЛЬНЫХ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРОВ В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ.
4.1. Численная модель температурного поля полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости.
4.2. Результаты численного моделирования распределения температуры в стенке полого ферромагнитного цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости.
4.3. Остаточные деформации полых стальных цилиндров, подвергнутых охлаждению в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности.
4.4. Фазовый состав и механические свойства полых цилиндрических образцов, закаленных в магнитной жидкости.
Магнитные жидкости - коллоидные дисперсии ферро- или ферри-магнитных частиц в жидких средах. Впервые устойчивые магнитные жидкости были получены путем химического осаждения в середине 60-х годов группой Розенцвейга и Нойрингера в США. Первоначально их применение планировалось в качестве наполнителя для жидкого ракетного топлива. Это делалось для возможности в условиях невесомости управлять подачей топлива к двигателям ракет магнитным полем. По разным причинам данное применение магнитной жидкости так и не было реализовано. Однако, удивительное сочетание сильных магнитных свойств и при этом наличие всех остальных свойств обычных жидкостей привело к тому, что магнитные жидкости очень скоро получили широкое распространение в различных областях науки, техники и медицины. Многообразие различного рода применений сделало актуальными исследования в области физики, физико-химии, механики магнитных жидкостей. В течение почти сорока лет во многих странах мира исследуются структура и магнитные свойства магнитных жидкостей. Изучается влияние магнитного поля на гидростатические, гидродинамические и тепломас-сообменные процессы в магнитных жидкостях. Исследованы процессы переноса малых магнитных частиц в магнитных жидкостях путем диффузии и электрофореза. Изучена седиментационная устойчивость магнитных жидкостей в полях массовых сил и условия ее расслоения. Большое внимание исследователи магнитных жидкостей уделяли механизмам теплопереноса в магнитных жидкостях. Разработаны модели термомагнитоконвективных процессов теплообмена в магнитных жидкостях в магнитных полях.
Тепломассоперенос при кипении магнитных жидкостей оставался неизученным практически до начала 80-х годов. Широкий интерес к изучению теплофизики кипения магнитных жидкостей был проявлен лишь в начале 80х годов. Очевидно, что этот интерес был обусловлен предложением, сделанным профессорами Чекановым В.В. и Симоновским А.Я., применять магнитные жидкости в качестве закалочных сред (Авторское свидетельство СССР №985076. Заявл. 26.05.81 №3294878/22-02. Опубл. 30.12.82 в Б.И. 1982, №48). Известно большое число разнообразных закалочных сред: вода, водные растворы солей, щелочей, водо-растворимые полимеры, масла, водно-масляные эмульсии и другие среды. Такое разнообразие закалочных сред вызвано широким диапазоном критических скоростей при закалке сталей с различным содержанием углерода и легирующих элементов. В традиционной технологии термической обработки существует серьезная нерешенная задача оперативного управления закалочным охлаждением, даже при использовании наиболее оптимальной закалочной среды, что связано с различной геометрией изделий и рядом других факторов. Существующие способы управляемого закалочного охлаждения: закалка под избыточным регулируемым давлением, разновидности струйного охлаждения - душевое, спрейерное и др. являются эффективными, как правило, только при закалке достаточно крупных изделий. При закалке же мелких эти методы становятся малопригодными в силу своей инерционности. Помимо сказанного, актуальность решения научных и технических задач в области закалочного охлаждения определяется отсутствием эффективных методов управления нестационарными полями текущих и остаточных термических и фазовых напряжений в закаливаемых изделиях. Известно, например, что наличие случайным образом распределенных по поверхности закаливаемого изделия локальных паровых пленок приводит к различного рода вредным деформациям детали -трещинам, поводкам, короблению. Это обусловлено неравномерностью охлаждения, а, следовательно, и неблагоприятным распределением термических и фазовых напряжений в изделии при охлаждении в традиционных закалочных средах. Однако, целенаправленное удержание локальных паровых пленок на одних участках поверхности и устранение их на других по заранее спланированной схеме позволило бы управлять распределением термических напряжений и, при необходимости получать, локально-неоднородную структуру в отсутствие деформаций, либо управлять величиной деформаций. Подобные эффекты не достигаются известными способами охлаждения. Как будет показано в данной работе, процесс управления закалочными деформациями можно осуществить в магнитной жидкости.
Настоящая диссертация выполнялась в Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии в 1996-2000 годах в соответствие с планом научно-исследовательских работ академии. Работа поддерживалась грантами РФФИ №96-01-01747, №99-01-01057.
Целью настоящей работы являлось изучение влияние внешнего магнитного поля на процессы тепло- и массообмена, гидростатику и гидродинамику магнитной жидкости в окрестности наружной и внутренней поверхностей полого цилиндра, а так же на структуру, механические свойства и величину остаточных деформаций стальных полых цилиндров, подвергаемых термической обработке в магнитной жидкости.
Для этого были поставлены следующие основные задачи:
- исследовать изменение температуры различных точек внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- провести эксперименты по изучению возникающих в полости цилиндра интенсивных парожидкостных потоков;
- осуществить экспериментальное и теоретическое моделирование локальных паровых полостей, обнаруженных в процессе охлаждения полого цилиндра в окрестности его наружной стенки при различных ориентациях оси цилиндра к направлению вектора внешнего приложенного магнитного поля и вектора силы тяжести;
- найти распределение температуры в стенке полого цилиндра в различных условиях охлаждения в магнитной жидкости;
- определить остаточные деформации полого цилиндра, подвергнутого термической обработке (нагреву в печи и охлаждению) в магнитной жидкости;
- изучить влияние магнитного поля на формирование структуры и механических свойств на разных участках стенки стальных полых цилиндров, подвергнутых закалочному охлаждению в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- впервые экспериментально и теоретически изучены явления тепло- и массопереноса при охлаждении полого ферромагнитного цилиндра в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- впервые экспериментально обнаружено возникновение интенсивных турбулентных парожидкостных потоков в полости цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости без включения магнитного поля и при включенном магнитном поле, когда начальная температура охлаждаемого цилиндра выше точки Кюри для материала цилиндра;
- впервые показано, что при охлаждении полого ферромагнитного цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры выше точки Кюри для материала цилиндра достаточно длительный начальных период охлаждение происходит так же, как и без включения магнитного поля, то есть так же, как и в ненамагниченном состоянии цилиндра;
- впервые найдено, что при охлаждении полого ферромагнитного цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры ниже точки Кюри материала цилиндра магнитная жидкость силами магнитного поля выталкивается из полости цилиндра и охлаждение стенки полости происходит в паро-воздушной среде во всех температурных интервалах охлаждения;
- впервые показано, что при охлаждении полого ферромагнитного цилиндра в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры ниже точки Кюри материала цилиндра в процессе охлаждения в окрестности его наружной поверхности образуются регулярно, в соответствие с распределением магнитного поля, расположенные локальные паро-воздушные полости;
- впервые проведено экспериментальное и теоретическое моделирование образования паро-воздушных полостей, регулярно расположенных в окрестности различных участков наружной поверхности полого ферромагнитного цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости, путем наблюдения за состоянием свободной поверхности магнитной жидкости вблизи внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра при различной ориентации оси цилиндра к направлению внешнего приложенного магнитного поля и вектору силы тяжести;
- решена задача о распределении температуры в стенке полого цилиндра в различные моменты времени охлаждения, впервые показавшая сложный характер распределения температуры в стенке полого намагничивающегося цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости;
- впервые экспериментально показано, что изменяя толщину стенки полого цилиндра и интенсивность внешнего приложенного магнитного поля можно управлять остаточными деформациями полого цилиндра, возникающими в результате неоднородного охлаждения поверхности полого цилиндра в магнитной жидкости;
- впервые экспериментально найдено, что при неоднородном охлаждении в магнитной жидкости полого намагничивающегося цилиндра можно добиваться как равномерного, так и неравномерного распределения структуры и механических свойств в стенке полого цилиндра, подвергнутого закалке в магнитной жидкости путем изменения величины внешнего приложенного магнитного поля.
На защсту выносятся:
- результаты экспериментального изучения закономерностей охлаждения различных точек внутренней и наружной поверхностей полого цилиндра от начальных температур выше и ниже точки Кюри для материала цилиндра в магнитной жидкости без включения магнитного поля и в магнитных полях различной интенсивности;
- результаты экспериментального изучения различных режимов кипения магнитной жидкости в различных температурных интервалах охлаждения по характеру осадка расслоившейся магнитной жидкости на поверхности полого цилиндра при охлаждении его в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- результаты экспериментального и теоретического моделирования локальных паро-воздушных образований в магнитной жидкости вблизи наружной поверхности полого ферромагнитного цилиндра при различной ориентации оси цилиндра к направлению вектора внешнего приложенного магнитного поля и вектора силы тяжести;
- результаты численного моделирования нестационарного поля температур полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности;
- результаты экспериментов по изучению остаточных деформаций полого цилиндра, подвергнутого неоднородному охлаждению в магнитной жидкости;
- результаты экспериментов по закалке стальных полых цилиндров в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности .
Практическая ценность полученных результатов. Экспериментальные исследования тепловых, гидродинамических, термоупругих и металлофизических процессов, сопровождающих охлаждение полых намагничивающихся цилиндров в магнитных жидкостях, показали, что путем наложения магнитного поля и изменением толщины стенки полого цилиндра при термической обработке полых цилиндров в магнитных жидкостях можно управлять распределением структуры и механических свойств стенки цилиндра, и при этом добиваться заранее заданной величины ее остаточных деформаций, либо осуществлять бездеформационную закалку, что имеет большое значение для практики термической обработки изделий машиностроения.
13
Достоверность полученных результатов подтверждается: сопоставлением расчетов, проведенных по разработанным моделям, с многочисленными экспериментальными данными; применением при проведении измерений стандартных приборов и оборудования; статистической обработкой результатов экспериментов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях СГСХА в 1997, 1998, 1999, 2000 гг.; III научной конференции преподавателей, аспирантов и студентов Ставропольского Университета "Актуальные проблемы современной науки", Ставрополь, 1997 г.; Всероссийской научной конференции "Физико-химические проблемы нанотехнологий", Ставрополь, 1997 г.; 8-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям, г.Плес, 1998 г.; Юбилейной конференции «Современные проблемы механики», посвященной 40-летию Института механики МГУ, Москва, 1999 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация написана на 153 страницах, состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 63 рисунка, 3 таблицу и список литературы из 99 наименований .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Впервые экспериментально и теоретически изучены процессы тепло- и массопереноса при охлаждении полого намагничивающегося цилиндра в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности в широких температурных интервалах.
2. Разработана и изготовлена экспериментальная установка для определения локальных показателей интенсивности отвода тепла от различных участков внутренней и наружной стенок цилиндра в процессе охлаждения в магнитной жидкости.
3. Показано, что при охлаждении от начальной температуры цилиндра 800°С без включения магнитного поля интенсивность отвода тепла от внутренней стенки гораздо выше интенсивности отвода тепла от наружной стенки. С понижением начальной температуры интенсивность охлаждения наружной и внутренней поверхностей цилиндра выравнивается.
4. Обнаружено возникновение интенсивного парожидкостного потока, выносящего магнитную жидкость из верхнего отверстия полого цилиндра при охлаждении его в магнитной жидкости без включения магнитного поля.
5. Показано, что возникновение интенсивного парожидкостного потока в объеме полого цилиндра при охлаждении его в магнитной жидкости без включения магнитного поля связано с образованием конгломератов пузырьков пара, не схлопывающихся в жидкости, заполняющей полость, вследствие быстрого ее прогрева.
6. Найдено, что при охлаждении полого цилиндра, изготовленного из ферромагнитной стали, в магнитной жидкости в магнитном поле от начальной температуры выше точки Кюри и выше температуры аустенизации в достаточно длительный начальный период охлаждение цилиндра происходит так же, как и в отсутствие магнитного поля - интенсивность отвода тепла от внутренней стенки выше интенсивности отвода тепла от наружной поверхности.
7. Предложено объяснение наблюдаемому явлению более быстрого охлаждения в магнитной жидкости в магнитном поле стенки полости цилиндра, по сравнению с интенсивностью охлаждения его наружной поверхности, при охлаждении от температур выше точки Кюри и температуры аустенизации, заключающееся в том, что достаточно длительный начальный период охлаждения образец находится в парамагнитном состоянии. При быстром охлаждении происходит задержка магнитного фазового перехода из-за задержки выпадения при быстром охлаждении магнитной а-фазы стали и в полости цилиндра возникает интенсивный парожидкостный поток, так же, как и при охлаждении без магнитного поля.
8. Найдено, что по завершении превращения цилиндра из парамагнитного в ферромагнитное состояние магнитная жидкость силами магнитного поля выталкивается из полости цилиндра и охлаждении его внутренней стенки происходит в паро-воздушной среде. На боковых точках внешней поверхности цилиндра (точках, у которых радиус-вектор, отсчитываемый от центра цилиндра, составляет с направлением вектора внешнего магнитного поля угол ±90°) при этих же температурах обнаружены полоски поверхности, свободные от осадка расслоившейся магнитной жидкости. Дается объяснение наблюдаемому явлению - полоски - следы паровых полостей, расположенных у боковых поверхностей полого цилиндра.
9. Путем экспериментального и теоретического моделирования методом наблюдения за распределением свободной поверхности магнитной жидкости в окрестности полого намагничивающегося цилиндра, находящегося во внешнем магнитном поле, показано, что найденные в экспериментах по охлаждению паровые полости в окрестности боковых участков поверхности цилиндра представляют собой конусообразные воронки, сужающиеся в направлении силы тяжести. Граница раздела пар-жидкость (или воздух жидкость в модельных экспериментах) проходит вдоль линии постоянства модуля вектора напряженности магнитного поля.
10.Проведено экспериментальное и теоретическое моделирование паровых полостей, окружающих наружную поверхность цилиндра в процессах охлаждения его в магнитной жидкости в магнитном поле для различных ориентаций оси цилиндра к направлению векторов приложенного внешнего магнитного поля и силы тяжести.
11.Показано, что при всех ориентациях коротких цилиндров относительно векторов приложенного внешнего магнитного поля и силы тяжести в окрестности наружной поверхности цилиндра образуется полость тороидальной формы. Ось тора сонаправлена с вектором внешнего приложенного магнитного поля. Просвет полости сужается в направлении силы тяжести.
12.В экспериментах по моделированию паровых полостей в окрестности поверхности длинных цилиндров найдено, что при определенном объеме жидкости, окружающей цилиндр, и соотношении длины цилиндра к его диаметру более десяти в малом магнитном поле в окрестности торцов цилиндра образуются четыре воздушные полости - по одной на каждую сторону приторцовой части цилиндра. С увеличением интенсивности приложенного внешнего магнитного поля полости удлиняются в направлении центральной части цилиндра. В большом магнитном поле происходит сращивание полостей и вблизи центральной части поверхности цилиндра образуются две воздушные полости - по одной на каждую сторону цилиндра. Дается объяснение наблюдаемому явлению.
13.Решена задача о распределении поля температур в стенке полого цилиндра, охлаждаемого в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности, и сделаны оценки термических напряжений.
14.Показано, что при неоднородном охлаждении цилиндра и при достигаемых в процессе охлаждения перепадах температур в стенке цилиндра термические напряжения не превышают предела упругости стали и не приводят к возникновению остаточных деформаций .
15.Поставлены эксперименты по изучению остаточных деформаций и фазового состава на различных участках полых толстостенных и тонкостенных цилиндров, подвергнутых охлаждению в магнитной жидкости в магнитных полях различной интенсивности.
16.Показано, что неоднородное охлаждение толстостенных полых цилиндров в магнитной жидкости в магнитном поле приводит к неоднородному распределению структуры в объеме стенки, при отсутствии остаточных деформаций. В результате охлаждения тонкостенных полых цилиндров в магнитной жидкости в магнитном поле в стенке цилиндра образуется равномерная структура и возникает остаточная деформация, приводящая к удлинению диаметров тонкостенных цилиндров в направлении, перпендикулярном вектору внешнего приложенного магнитного поля. Изначально круглое сечение цилиндра приобретает эллиптическую форму с направлением большой полуоси эллипса перпендикулярно направлению внешнего приложенного магнитного поля.
17.Результаты экспериментов, приведенные в работе, представляют существенный технологический интерес при оптимизации режимов термической обработки изделий машиностроения, выполненных в виде стальных полых цилиндров, работающих в условиях действия различных механических сил на разных участках поверхности изделия и при создании новых технологий изготовления деталей, когда на стадии термической обработки требуется обеспечить заданную форму сечения изделия, выполненного в виде полого стального цилиндра.
1. Фертман В.Е. Магнитные жидкости - естественная конвекция и теплообмен. - Минск: Наука и техника, 1978. - 208 с.2 . Фертман В. Е. Магнитные жидкости: Справочное пособие. -Минск: Высш. шк., 1988. 184 с.
2. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. Гидродинамика намагничивающихся жидкостей//Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. М. :ВИНИТИ, 1981. - Т.16. - С.76-208.
3. Блум Э.Я., Михайлов Ю.А., Озолс Р.Я. Тепло- и массообмен в магнитном поле. Рига: Зинатне, 1980. - 354 с.
4. Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитные жидкости: Пер. с японск. М.: Мир, 1993. - 272 с.
5. Розенцвейг P.E. Феррогидродинамика: Пер.с англ.- М.: Мир, 1989. 356 е., ил.
6. Баштовой В.Г., Берковский Б.М., Вислович А.Н. Введение в термомеханику магнитных жидкостей. М. : ИВТАН, 1985. - 188 с.
7. Блум Э.Я., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. Рига: Зинатне, 1989. - 316 с.
8. Зигель Р. Теплообмен в условиях ослабленной гравитации // Успехи теплопередачи. М., 1970. - С.162-259.
9. Симоновский А.Я., Чеканов В.В. Нестационарный теплообмен цилиндра при кипении магнитной жидкости//Материалы II Всесоюзной школы-семинара по магнитным жидкостям.-М., 1981.-С.48-49.
10. Симоновский А.Я. Нестационарный теплообмен тел простой геометрической формы при кипении магнитной жидкости в магнитномполе / / Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации. Рига, 1982. - Т.1. - С.35-36
11. Симоновский А.Я. Теплоперенос при закалочном охлаждении в магнитной жидкости//Магнитная гидродинамика. -1988. -№2 . -С. 67-72 .
12. Гогосов В.В., Симоновский А.Я., Коробова Н.Н. Использование магнитных жидкостей в качестве закалочной среды // Механизация и автоматизация производства. 1990. - №6. - С.34-35.
13. Верховский С.Н., Симоновский А.Я. О локальных параметрах охлаждения цилиндра в магнитной жидкости // Тез. докл. IV Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям. Т.2- Иваново, 1985. С.96-97.
14. Гогосов В.В., Симоновский А.Я. О локально неоднородном охлаждении при закалке в магнитной жидкости / / Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1989. - №2. - С.3-11.
15. Верховский С.Н., Миркин Л.И., Симоновский А.Я. Структура и свойства сталей после управляемой закалки в магнитной жид-кости//Физика и химия обработки материалов.-1990.-№2.-С.127-132.
16. Gogosov V.V., Simonovskii A.Ya., Smolkin R.D. Quenching and Separation in Magnetic Fluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1990. - V.85.- P.227-232.
17. Температурное поле цилиндра при закалочном охлаждении в магнитной жидкости / В.В. Гогосов, А.Я. Симоновский, В.А. Коробов, Н.Н. Коробова // Тез. докл. VI Всесоюзн. конференции по магнитным жидкостям. М., 1991.- Т.1. - С.86-87.
18. Gogosov V.V., Simonovskii A.Ya. Heat and Mass Transfer Control in Magnetic Fluids // Proceedings of the First Japan-CIS JOINT Seminar on Electromagnetomechanics in Structures. -Tokyo, Japan, 1992. P.26-29.
19. Формирование пристенного кипящего слоя и структурные превращения в стали при закалке в магнитной жидкости. / 12 Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Магнитные жидкости. Т.З. Саласгжлс, 1987. - С.219-222.
20. Симоновский А.Я., Кадников C.B. Температурное поле цилиндра при закалке в магнитной жидкости//Тез. докладов V Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям.-М.,1988.-Т.2.-С.82-83.
21. Гогосов В.В., Кирюшин В.В., Симоновский А.Я. Управление тепло- и массопереносом в магнитных жидкостях. 1. Распределение температуры при охлаждении цилиндра в магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1994.- Т.30, №2.- С.163-170.
22. Gogosov V.V., Simonovskii A.Ya., Smolkin R.D. Separation and Quenching in magnetic Fluids // Fifth International Conference on Magnetic Fluids. Salaspils, 1989. - P.202-203.
23. Анализ форм паровоздушных полостей в процессах закалки в магнитных жидкостях / В.В. Гогосов, А.Я. Симоновский, В.А. Коробов, H.H. Коробова // Тез. докл. VI Всесоюз. конференции по магнитным жидкостям. М., 1991. - Т.1. - С.88-89.
24. Гогосов В.В., Кирюшин В.В., Симоновский А.Я. Управление тепло- и массопереносом в магнитных жидкостях. 2. Распределение термических напряжений при охлаждении цилиндра в магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1994. - Т.30, №2. - С.171-178.
25. Симоновский А.Я. Теплообмен при закалочном охлаждении в магнитной жидкости: Автореф. дис. . канд. физ. мат. наук.-М., 1988. 19 с.
26. Gogosov V.V., Simonovskii A.Ya., Smolkin R.D. Separation and Quenching in Magnetic Fluids // Fifth International Conference on Magnetic Fluids, Salaspils, 1989.- P.202-203.
27. Gogosov V.V., Simonovskii A.Ya., Smolkin R.D. Quenching and Separation in Magnetic Fluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1990. - V.85. - P.227-232.
28. Баштовой В.Г., Волкова О.Ю., Рекс А.Г. Управление кипением магнитных жидкостей // Тепловые трубы: теория и практика. Минск: ИТМО им. А.В. Лыкова, 1990. - С.3-8.
29. Баштовой В.Г., Волкова О.Ю., Рекс А.Г. Влияние ориентации магнитного поля на процесс теплопереноса при кипении магнитных жидкостей//Магнитная гидродинамика.-1992.-№2.-С.27-31.
30. Bashtovoi V.G., G. Challant and Volkova O.Yu. Boiling Heat Transfer in Magnetic Fluids.// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1993. - V. 122. - P.305-308.
31. Волкова О.Ю. Нестационарные процессы теплообмена при закалке в магнитных жидкостях под воздействием магнитного поля: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск, 1993 - 17 с.
32. Heat Exchange at a Non-Stationary Magnetic Fluid Boiling in the Rotating Magnetic Field / V.Bashtovoi, G.Challant, A.Reks, 0.Volkova // Abstracts of the Seventh International Conference on Magnetic Fluids.-ICMF-VII.Bhavnagar,India,1995.-P.273-274.
33. Режимы охлаждения намагничивающегося шара в магнитных жидкостях в приложенном магнитном поле. / Гогосов В. В., Искандеров Х.Д., Кирюшин В.В., Симоновский А.Я./7-я Международная Плесская конф. по магнитным жидкостям: Сб. науч. тр.-ПлесД996.-С.99-100.
34. Cooling of a Magnetizable Ball in Magnetic Fluids in the Presence of a Magnetic Field./Gogosov V.V., Iskanderov Kh.D., Kiryushin V.V., Simonovskii A.Ya. / Proceedings of the Steclov Institute of Mathematics. Vol.223, 1998.P.74-82.
35. Гогосов В.В., Искандеров Х.Д., Симоновский А.Я. Влияние величины магнитного поля и размеров намагничивающихся шаров на изменение интенсивности их охлаждения в магнитных жидкостях со временем.//Магнитная гидродинамика-1999.-Т.35, №2. С.17 9-183.
36. Гогосов В.В., Искандеров Х.Д., Симоновский А.Я. Закалка стальных шаров в магнитной жидкости. / 8-я Международная Плесская конф. по магнитным жидкостям:Сб. науч. тр.-Плес, 1998 . С. 236.
37. Распределение магнитной жидкости в окрестности намагничивающейся пластины / В.В. Гогосов, О.А. Гришанина, В.В. Кирю-шин, А.Я. Симоновский/Материалы Всероссийской конф. "Современные методы и достижения в механике сплошных сред".-М., 1997.-С.25-26.
38. Гидростатика магнитной жидкости вблизи поверхности ферромагнитной пластины / В.В. Гогосов, О.А. Гришанина, В.В. Кирюшин,
39. A.Я. Симоновский/Физико-химические и прикладные проблемы магнитных жидкостей. Сб. науч. тр./СГУ.-Ставрополь,1997.-С.155-161.
40. Гришанина О.А., Симоновский А.Я. Явление тепло- массо-переноса при закалочном охлаждении в магнитной жидкости. / Механизация сельскохозяйственного производства: Сб. науч. тр. Ставрополь, 1997. С.45-49.
41. Экспериментальное исследование форм свободной поверхности магнитной жидкости, окружающей намагничивающуюся пластину /
42. B.В. Гогосов, О.А. Гришанина, В.В. Кирюшин, А.Я. Симоновский / Магнитная гидродинамика. 1998. - №1. - С.40-49.
43. Распределение магнитной жидкости в окрестности намагничивающейся пластины / В.В. Гогосов, О.А. Гришанина, В.В. Кирюшин, А.Я. Симоновский / Материалы Всероссийской конф. «Современные методы и достижения в механике сплошных сред». М.,1997. С.25-26.
44. Magnetic Field Effect on the Quenched Colling of the
45. Magnetizable Plate / V.V. Gogosov, O.A. Grishanina, V.V. Kiryushin and A.Ya. Simonovsky /Eighth International Conference on Magnetic Fluids. Timishoara, Romania. 1998. P.108-109.
46. Гогосов B.B., Гришанина O.A., Симоновский А.Я. Влияние магнитного поля на охлаждение намагничивающейся пластины в магнитных жидкостях. // Магнитная гидродинамика. 1999. Т.36, №1. - С.36-51.
47. Гришанина O.A., Симоновский А.Я. Фигуры равновесия свободной поверхности магнитной жидкости вблизи поверхности пластины. / Механизация сельскохозяйственного производства: Сб. науч. тр. Ставрополь, 1997. С.67-73.
48. Теоретическое описание форм свободной поверхности магнитной жидкости, окружающей намагничивающуюся пластину во внешнем магнитном поле / В.В. Гогосов, O.A. Гришанина, В.В. Кирю-шин, А.Я. Симоновский/Магнитная гидродинамика. 1998 . -№1. -С. 50-57 .
49. Гогосов В.В., Гришанина O.A., Симоновский А.Я. Теплообмен пластины с магнитной жидкостью. 2. Распределение температуры в пластине, охлаждаемой в магнитной жидкости // 7-я Международная Плесская конф. по магнитным жидкостям. Плес, 1996. -С.105-106.
50. Закалка стальных пластин в магнитной жидкости. / O.A. Гришанина, A.B. Орлов, А.Я. Симоновский, И.В. Щепотьев / Тезисы докладов 62 научной конференции СтГСХА. Ставрополь,1997.- С. 11.
51. Петраш JI.B. Закалочные среды. М. : Машгиз, 1959, 112 с.
52. Кобаско Н.И. Закалка стали в жидких средах под давлением. Киев: Наукова думка, 1980. - 280 с.
53. НесисЕ.И. Кипение жидкостей. М. : Наука, 1973. - 280 с.
54. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М. : Наука, 1972. - 312 с.
55. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М. .-Металлургия, 1980. - 320 с.
56. Вонсовский С.В. Магнетизм. М. :Наука, 1971. - 1032 с.
57. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математическойфизики. М.:Наука, 1977. 736 с.
58. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. - 624 с.
59. Аванесов С.Ю., Клименко М.Ю., Симоновский А.Я. Фигуры равновесия свободной поверхности магнитной жидкости вблизи полого цилиндра. /Физико-химические и прикладные пробле-мы магнитных жидкостей. Сб. науч. тр./СГУ.-Ставрополь,1997.-С.149-154 .
60. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. Гидродинамика намагничивающихся жидкостей // Итоги науки и техники. Механика жидкости и газа. М. .-ВИНИТИ, 1981.-Т.16. - С.76-208.
61. Калиткин H.H. Численные методы. М., 1978. 214 с.
62. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. 2-е изд., перераб. и доп. - M.-JI.: Машгиз, 1962. - 456 е., илл.
63. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. -Учеб. пособие для вузов. В 2-х частях.-М.: Высшая школа, 1982.
64. Исаченко Н.П., Осипова К.В., Сукомел Г.П. Теплопередача- М.: Наука,1978.-324 с.
65. Теория тепломасообмена: Учебник для вузов / С.И.Исаев, И.А.Кожинов и др.; Под ред. А.И.Леонтьева. М. : Высшая школа, 1979. - 495 е., ил.
66. Кац A.M. Теория упругости. М., 1956. 207 с.
67. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х т. / Основы термической обработки. Т.2/Под. ред. M.JI.Бернштейна, А.Г.Рахщтадта. М. : Металлургия, 1983. - 368 с.
68. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. - 352 с.
69. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Изд.4-е, перераб. и доп. Кн.1. М. : Машиностроение, 1974. 416 с.
70. Блантер М.Е. Теория термической обработки стали. М. : Металлургия, 1984. - 328 с.
71. Блантер М.Е. Металловедение и термическая обработка. -М. : МАШГИЗ, 1963. 416 с.
72. Гуляев А.П. Металловедение. 5-е изд. перераб. М. : Металлургия, 1977. 647 с.
