В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Во-вторых, вязкость магнитной жидкости является эффективной величиной, зависящей от ряда диссипативных механизмов, которые отсутствуют в гомогенной жидкости. Их влияние на эффективную вязкость может тоже зависеть от температуры, например вклад вращательной вязкости. В состоянии насыщения (Лт1 ) угловая скорость каждой частицы равна нулю и действующий момент сил вязкого трения бт1о'г;й деформирует слой поверхностно-активного вещества. Поэтому температурная зависимость эффективной вязкости магнитной жидкости при течении в магнитном ноле может оказаться ближе к температурной зависимости вязкости ПАВ, чем при течении без поля.
Вискозиметрические опыты Г. Э. Кронкалнса, М. М. Майорова, В. Е. Фсртмана (1984) подтвердили высказанные выше соображения: температурная зависимость эффективной вязкости, соответствующей линейному участку кривой течения (у>10' с — '), концентрированных магнитных жидкостей на углеводородных основах отличалась от темперакурной зависимости вязкости основы. Эти данные качественно согласуются с результатами К.
Судоу (К. Вийон) и др. (1983), измеривших эффективную вязкость магнитной жидкости на основе воды для двух концентраций частиц магнетита, и В. Г, Гилева, А. Л. Спириной, Е. Г. Фадеевой (1987), исследовавших магнитные жидкости на основе керосина. Эффективный коэффициент вязкости магнитной жидкости на основе керосина (М =24 кА/м) при скорости сдвига у=1312 с-' в интервале температур — 40 — 30'С удовлетворительно описывается формулой Андраде (Н= =О) (Г. Э. Кронкалнс и др., 1984): и з =-Вехр(Е/НТ), (2.29) где В=5,9.10-' мПа.с; Е=15,8 кДж/моль; 0=8,31 Дж/ (моль К) (/7 — газовая постоянная). При измерении температурной зависимости вязкости близких по характеристикам магнитных жидкостей на основе керосина в интервале /=20 †80 'С получены значения Е=17,54 кДж/моль, В=5,58Х!О-зМПа с (3.
Гропсиан (Х. Пгорз(ап) и др., 1985). В этом же интервале температур вязкость керосина и олеиновой кислоты описывается зависимостью (2.29) при Е„=12,74 кДж/моль, В,=8,45 10-зМПа с и Е,,=21,95 кДж/моль, В„„=— =3,84 10 — з МПа с соответственно. В упоминавшейся работе В. Г. Гилева, А. Л. Спириной и Е. Г. Фадеевой измерена также зависимость Е от напряженности магнитного поля Н, которая для магнитной жидкости с концентрацией ~р=0,32 стремилась к насыщению в области Н>600 кА/м.
Анализ известных экспериментальных данных, полученных для магнитных жидкостей на углеводородных основах и обработанных в виде (2.29), показал сильную зависимость Е и В от величины исследованного температурного интервала. Как правило, погрешность аппроксимации температурной зависимости эффективной вязкости формулой (2.29) неограниченно возрастала у границ интервала. Эту тенденцию удалось исключить при аппроксимации экспериментальных данных зависимостью тЬФ = Вехр(Е/7 ). (2.30) При этом относительная погрешность аппроксимации оказалась в несколько раз ниже, тем при аппроксимации зависимостью (2.29), и не превышала 27О в интервале Т=290 †3 К.
Для удобства сравнения известных результатов целесообразно формулу (2.30) привести к следующему виду: Ч =- т1,.„ехр ( — а (1 — (Т /Т)")), (2,31) где т1» = т1(Т»); а=1п К (К вЂ” отношение вязкостей Ч»/т1(Т вЂ” ~ )); Т. — характерная температура; а — константа. Из соотношений (2.30) и (2.31) следуют выражения для коэффициентов: т1. =-- Вехр(Е/T~); сс =- 1пт1 /В; В т1е — я ° Е =иТ„. (2.32) Для сравнения температурной зависимости вязкости магнитных жидкостей на различных основах Т„должно 5,5 поддерживаться постоянным, например 293 К. Безразмерный коэффициент вязкости т1=т1/т1. из формулы (2.31) запишется в виде т) = ехр ~а ( — — 1)), (2.33) где О=Т/Т„. П и об* р бработке известных вискозиметрических данных с помощью соотношения (2.33) получены следующие границы изменения коэффициентов: К=З вЂ” 20; п=1 — 3,5 при Т„т2э3 К.
Магнитные ж твердой азы и е жидкости с умеренной концентрац Т ф' ' при отсутствии магнитного поля не проява ие~ ляли неньютоновски б с . х своиств. Однако в магнитном поле на людается за и в симость эффективной вязкости не только от темпе ат * ра уры но н от скорости сдвиговои де- На рис. 2.17 приведены экспериментальные значения эффективной вязкости магнетитовой магнитной жидкости на основе керосина (М =69 кА/м) в зависимости от у — ' в поле напряженностью Н 50 кА/м.
На вертикальной оси нанесены значения динамического коэффициента вязкости, нормированного по величине т1(е>=1 Па.с при Н =О. Из рисунка видно, что с увеличением температуры жидкости (понижением вязкости) для достижения вязкости, измеренной в нулевом поле ( ° ), требуются все более высокие скорости сдвиговой деформации. Эти данные согласуются с обсуждавшимся выше падением эффективной вязкости магнитной жидкости при достаточно больших скоростях сдвиговой деформации. С ростом температуры жидкости вращательная вязкость будет исчезать при все более высоких скоростях сдвиговой деформации по сравнению с максимальным для данной вискозиметричсской установки значением уж!300 с — '. Таким образом, в слабых магнитных полях оба механизма (агрегатирование и увлечение частиц вихревым потоком), определяющие зависимость т1,ф(т), проявляются при одних и тех же скоростях сдвиговой деформации и разделить действия этих механизмов практически невозможно.
С увеличением напряженности магнитного поля растут скорости сдвнговой деформации, при которых исчезает вращательная вязкость. В то же время та область у, где на характер течения жидкости сильно влияет агрегатирование, по-прежнему ограничена: у< < !0~ с-'. Поэтому результаты измерений эффективной вязкости магнитной жидкости при больших напряженностях поля (Н 10з А/м) и высоких скоростях сдвиговой деформации (у>10з с — ') позволяют найти температурную зависимость вращательной вязкости.
зв. твплопиоводность Наличие твердой фазы в магнитной жидкости увеличивает ее теплопроводиость, так как коэффициент теплопроводности магнетита в среднем более чем на порядок превышает теплопроводиость используемых жидких основ. Например, при комнатной температуре коэффициент теплопроводности магнетита Лв, по справочным данным, приблизительно равен 10 Вт/(м К), а вакуумного масла ВМ-1 — 0,13 Вт/(м К). В настоящее время отсутствуют надежные опытные 88 данные о влиянии магнитного поля на теплопроводность магнитных жидкостей: в большинстве экспериментов влияния полей )г'(200 кА/м не обнаружено. Одна из первых формул для расчета теплопроводности коллоидных растворов была получена Б. М. Тареевым (1940) по аналогии с расчетом электрического поля в двухфазной системе: 2Ао + ~ — ЗР(Х вЂ” К„) 21~ + Ам + ~р Р— Х ) где ),о, ). — коэффициенты теплоцроводности жидкой и твердой фаз соответственно.
" гб ь" ем $ -и в го с~ орг ол ов ооб ого огг о,гв о,гб Козррибмнп тюоопРабодногюы, Вт и' Ь' Ряс 2.!В На рис. 2.!8 нанесены экспериментальные значения коэффициента теплопроводности магнитных жидкостей на углеводородной основе при комнатной температуре н рассчитанные кривые. Опытные точки согласуются с формулой (2.34) (крнвая 1) только до значения гр 0,1. При экстраполяции опытных данных на ось абсцисс получаем ло — — 0,12 Вт!(м К). Это значение соответствует приблизительно бого-му содержанию олеиновой кислоты в жидкой основе. Следовательно, жидкая фаза представляет собой приблизительно 5%-ный раствор олеиновой кислоты в основе, и это обстоятельство необходимо учитывать при расчете переносных свойств магнитных жидкостей.
Из рис. 2.18 видно, что опытные значения коэффициента теплопроводности в области объемных концентра- ций магнетита <р>0,1 отклоняются от зависимости (2.34) Теплопроводность концентрированных магнитных жид костей (~р 0,2) удовлетворительно соответствует зази симости 1а),=(1 — р) 161.,+ р(йх„„(2.35 полученной К. Лихтенеккером (К. 11сй(енес)гег) (1926) для бинарных систем с неупорядоченным распределением компонентов (кривая 2). Обобщив известные экспериментальные данные для магнитных жидкостей на углеводородной основе в диапазоне 0,004я га~(0,2 зависимостью вида (2.36) ) = по+ пгг+п~гр" получим ач=0,1267; а~= †,0559„ аз=3,455. Среднее квадратичное отклонение опытных точек от этой зависимости (кривая 8) составляет 3%„а максимальное отклонение не превышает 6%.
Зависимость теплопроводности магнитной жидкости от температуры определяется концентрацией дисперсной фазы, А„(г) которой отли~ается от йч(1) жидкой фазы. Анализ известных опытных данных показывает, что с ростом температуры наблюдается линейное падение эффективного коэффициента теплопроводности магнитных жидкостей. В связи с тем что температурные коэффициенты жидкой и твердой фаз различны, коэффициент теплопроводности магнитной жидкости с ростом температуры все меньше отличается от Хс.. от 30ч~ч при комнатной температуре до 17$ при 90'С. Обобщенная формула температурной зависимости коэффициента теплопроводности магнитной жидкости может быть представлена в виде Х(1) = (1х(1 — ах(1 — 1ч)), (2.37) где ~м ах — коэффициенты, зависящие от теплопроводности жидкой фазы и магнетита, а также от его концентрации; гз — характерная температура.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
