С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Тогда Магниевые жиакости с высокой нвмагннчениостьго 71 (Более детальное рассмотрение проводится в разд. 11.4.) Подспзвляя (3.4) в (3.3), получаем ан / ман~ а = Раи — М вЂ” и= ~Р— — — /18и. а ~ а / (3.5) Если выразить эффективную плотность магнитной жидкости через р ', то выталкивающую силу Г, которая действует на физическое тело, можно записать следующим образом: Г = р'81; (З.б) а потому величина о ' составит ман й = Р к ас (3.7) Таким образом, в магнитном поле с градиентом напряженности, у которого параметр аН/ах принимает только отрицательные значения, плотность магнитной жидкости может иметь значения, существенно, даже многократно, превосходящие р. Например, при плотности меди 8,93 г/смз и плотности магнитной жидкости, не превышающей 1 г/смэ, можно создать условия„когда (М/я) аЙ/ах составит -8, и тогда медь всплывет на поверхность.
3.1.2. КОНКРЕТНЫЕ РАЗРАБОТКИ 3.2. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ 12) Принцип конструкции тепловых машин, действующих с использованием магнитных жидкостей, состоит в том, что, во-первых, намагниченность последних по мере повышения температуры падает и, вовторых, при определенной температуре исчезает. Весьма существен- На рис.
3.2 показана схема действующей установки для сепарации по плотности немагнитньгх веществ в магнитной жидкости. Из схемы видно, что два постоянных магнита установлены таким образом, что в вертикальном направлении расстояние между разноименными полюсами увеличивается и, следовательно, параметр ан/аг имеет отрицательное значение. Когда разделяемые вещества помещают в сепаратор, они начинают двигаться вдоль направления, по которому напряженность магнитного поля снижается; таким образом, с помощью неоднородного магнитного поля осуществляют седиментационное разделение этих веществ, т.
е. сепарацию по плотности. Глава 3 ное преимущество таких машин заключается в отсутствии разного рода кулачков, кривошипных механизмов н других механических устройств подобного типа, достаточно сложных и требующих постоянного ухода. Схема тепловой машины такого рода показана на рис.
3.3. Замкнутая труба заполнена магнитной жидкостью, причем один участок трубы расположен между магнитами (окружен ими). Полюса магнитов по отношению к сечению АВ имеют треугольную форму, так что можно создать неоднородное магнитное поле, симметричное относительно сечения АВ. Чтобы упростить рассмотрение, величину градиента напряженности ()Н с левой стороны линии АВ обозначим через + гг, а справа — через — й.
Таким образом. с + д слева от АВ, — я справа от АВ. ЧН = (3. 8) Один из двух участков замкнутой трубы, например 1 или 111, охлажда ют, а другой нагревают, т. е. некоторый объем жидкости приобретает температуру Т„а другой Т, так что ( ~ ~2' (3.9) Намагниченность М магнитной жидкости связана Функпаоиалй.
ной зависимостью не только с внешним магнитным полем, но и с тем пературой Т. Температурная зависимость Мв случае Н = сопя( пред Рнс. 2.2. Слома дейстнугопгей установки для магннтожндкостной сепараннн немагннт- ного материала по плотности. г — магнитная жалкость; 2 — сепараторг 3 — постоян- ный маппгт; 4 — магннтопроаод (ярмо); 5 — суппорт (ползун); й — контейнер для осаж- пенного материала: 7 — контейнер для всплывшего матернала.
Магиитньж жидкости с высокой иамагничснносгью Рис. 3.3. Магнитожиакостная тепло- вая мав~ина. 3 — гижтояинме ьжгнгь гы; 3 — нагрев: 3 — окяаждсние; е— магнитная жндкостуи 3 — турбина, 1 ы Рис. Зга Температурная зависимость намагниченности магнитной жидко- сти. Т Ткггпера дгура Т ставлена схематически на рнс.
3.4. Видно, что по мере повышения температуры намагниченность М снижается и при некоторой температуре Тг исчезает. В качестве магнитных коллоидных частиц в магнитным жидкостях используются ферриты, никель, железо и ряд других металлов, апотому 7с прнблюкается к 1ООО'С. Поскольку Т, и Т, как правило, ниже 100'С, кривую М(Т) в этой температурной области можно аппроксимировать прямой линией с углом наклона -гк (рис. 3.4].
Здесь а — положительная величина. Таким образом, мы рассмотрели магнитные силы, действующие на магнитные жидкости в области с У Н сь 0 (рис. 3.3). На отрезке трубы, где происходит «наложение» участков 1 и 111, магнитная жидкость подвергается действию магнитной силы Уг (на единицу площа- 74 Глава 3 ди), направленной вправо. Используя формулу (2.5), можно выразить ,г", следуюшим образом: 7'; = М(Н, Т,)57Н = )сМ(Н, Т,).
;3.1О) Магнитная сила У, которая действует на магнитную жидкость на от- резке наложения участков И1 и 11, описывается следующими равенст- вами: У, = М(Н, Тэ)ЧН = -КМ(Н, Т,). (3. 1-1) Так как распределение магнитного поля симметрично по отношению 'к сечению АВ, если взять точки, симметричные относительно АВ, то получим одинаковые значения Н. Разность между 1, и — ~' составит ,); — (-У,) = (М(Н, Т,) — М(Н, Т,))К. (3112) Из рис. 3.4 следует (3.13) Используя эту зависимость, (3.12) можно преобразовать так: Следователыю, на магнитную жидкость действует сила сгЦТэ — Т;), направленная вправо, и под действием этой силы магнитная жидкость начинает циркулировать в замкнутой трубе.
Как видно из рис. 3.3, на одном из участков трубы можно установить турбину, приобретающую механическую энергию под действием движущейся жидкости. Всем магнитным жидкостям, однако, свойствен существенный недостаток, резко снижающий эффективность рассмотренных конструкций, а именно незначительная температурная зависимость намагниченности, т.
е. крайне малое значение параметра гт. В качестве примера можно привести кривые на рис. 3.5 (3). А/и 2 6 0',0 20 40 60 гегглералйгра г, С к!О ь. 2,0 ф 1,5 а 1.0 п ц0,0 Ф М(Н, Т,) — М(Н, Т,) = п(Т, — Т,). У1 ( У2) = гг(Тэ Тг) Ф 0- (3.14) Рис. Злл ЭкспеРиментальные тависи- мости намагниченности магнитноя 00 ОЮ жалкости от темпеоаттрьп 75 Магнитные ганааости с аыеоаоя намагниченносгыо Результируюшая механическая энергия при малом параметре сг настолько мала, что раоиональнее было бы, по-видимому, использовать магнитную жидкость для передачи тепла от горячих участков к холодным, т.
е. применять ее в теплообменнике в качестве теплоносителя. Такие соображения высказывались до того, как была создана магнитная жидкость с температурой Т„соответствующей потере намагниченности ниже около ПЮ'С. После этого исследования приобрели другую направленность. Так, если принять, что Т превышает Т„ то М(Н, 7') = О, с3.15) и, следовательно, реальная (эффективная) сила составит у, — (-д = м(н, т,)к, (3.1б) т. е. достигнет уровня, вполне удовлетворительного для проектирования данной тепловой машины. В заключение отметим, что в настоящее время весьма активно разрабатываются магнитные жидкости с низкой температурой Т,, что может стать основой весьма рационального использования таких жидкостей в современной технике. 3.3.
ИСПОЛЪЗОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЯЗКОСТИ ОТ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Выше мы уже говорили, что при наложении магнитного поля вязкость магнитной жидкости меняется: эксперименты показали, что изменение эффективной вязкости жидкости существенно больше того значения, которое следует из теоретических представлений. Полевая зависимость эффективной вязкости магнитной жидкости используется в разных инженерных конструкциях, и набор последних постоянно расширяется. з.зл.
дцмпФнгы Общеизвестно, что основу, на которой устанавливаются точнейшие весы, оптические устройства и другая прецизионная аппаратура подобного рода, необходимо предохранять от внешних вибраций. Иными словами, необходимо использовать противовибрационные или снабженные демпферами основы. Принципиальная схема пемпфера представлена на рис. З.б. Прецизионную аппаратуру, чувствительную к вибрации, устанавливают на основе А. Последняя с помощью рессорной пружины В и Глава 3 Рис.
Зэк Прииииииальиая схема деьивйера. виброгасящего устройства С соединяется с полом помещения. Обо значим массу основы А через т, смешение в вертикальном направле иии через х, постоянную пружины В через К, а коэффициент демпфи рования устройства С через Л. Тогда дифференциальное уравнение малых колебаний, описывающее смещения к, примет вид и — — + Л вЂ” + Кл = О. ее'х еех Эгз — г (3.17) В этом случае циклическая часгота свободных колебаний /„' и коэффи- циент затухания К выразятся следующими формулами: У„= — ~ —, К = ӄ— = — . (3Ай), (3.11)) 1 1К Л Л в 2 ',ц(йе л К 2ьГелК' Если в виброгасящее устройство С на рис. З.б залить магнитную жидкость, то, очевидно, появится возможность в известных пределах, причем достаточно монотонно, регулировать коэффициент лемпфирования Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
