В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Райхером (1985): Я =. ~ ) оогя( где т1, о — коэффициенты динамической вязкости и поверхностного натяжения магнитной жидкости соответственно; оа — скорость перемешения искателя с магнитной системой для удержания магнитной жидкости; г„— статический радиус кривизны свободной поверхности магнитной жидкости в точке касания поверхности контролируемого изделия; 1 в ширина капли магнитной жидкости, перемещаемой искателем. К настоящему времени созданы ультразвуковые дефектоскопы с совмещенными акустической и магнитной системами, в которых объединены традиционные и специфические конструктивные схемы преобразователей с магнитным удержанием контактной жидкости.
Например, в Институте прикладной физики АН БССР разработана конструкция преобразователя для контроля осей вагонных колесных пар с контактной магнитной жидкостью. Расход магнитной жидкости составляет 2 мл на одну вагонную ось, 4 мл на одно колесо и 10 мл на колесную пару в целом (А. Л. Майоров, А. В.
Дубина, 1987). 3.2.10. Аппараты для очистки воды от нефтепродуктов В аппаратах для очистки вод, загрязненных нефтепродуктами, используется силовое взаимодействие магнитной жидкости и неоднородного магнитного поля. В загрязненную воду добавляют мелкодисперсные капли магнитной жидкости, основа которой родственна загрязнениям. После интенсивного перемешивания смеси капельки магнитной жидкости растворяются в загрязнениях, которые становятся слабомагнитными, Полученную эмульсию пропускают через область сильнонеодиородного магнитного поля и извлекают магнитные капли, снижая таким образом содержание нефтепродуктов в 147 воде. Область применения этих аппаратов довольно обширна, от очистки трюмных и балластных вод на танкерах до сбора нефти на поверхности водоемов. Согласно международным нормам, максимальное содержание нефтепродуктон в сточных водах„которые сливаются в море после промывки нефтеналивных судов, составляет 15 мг/л.
После обработки в очистных установках, использующих магнитную жидкость на основе керосина, содержание нефтепродуктов в трюмной воде не превышает 5 мг/л. (До очистки в 1 л трюмной воды может содержаться до 10000 мг нефти.) Для очистки 1 м' воды средней загрязненности (300 мг/л) требуется приблизительно 300 смз разбавленной магнитной жидкости (М =8 кА/м). Средняя пропускная способность установки такого типа объемом 0,2 мз составляет 300 л/мин. Как и в феррогидростатических сепараторах, для уменьшения потерь магнитной жидкости, растворяющей нефтепродукты, предусмотрена регенерацня использованной магнитной жидкости. С этой целью извлеченные магнитные нефтепродукты направляются в отстойники, где длительно подвергаются действшо высокоградиентного поля.
После отстаивания концентрированный осадок (М =20 кА/м) вновь смешивается с поступающей в установку загрязненной водой, а слабомагнитный остаток (М =0,5 кА/м) выводится из цикла. Известны также аппараты, предназначенные для обработки тонких пленок нефти на поверхности воды. Над загрязненным участком распыляется магнитная жидкость на основе керосина, которая хорошо растворяется нефтью и не смешивается с водой.
Тонкая пленка нефти превращается в разбавленную магнитную жидкость, которая собирается специальным аппаратом, содержащим постоянный магнит. Опытный образец массой 88 кг был создан в США для сбора загрязнений вокруг заправочных доков и хранилищ нефти. В Энергетическом институте пм. Г.
М. Кржижановского испытана установка, в которой отвод собранной нефти осуществлялся с помощью вакуумного ресивера (И. Г. Гармаш и др., 1987). З.З. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В КАЧЕСТВЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СРЕДЫ Влияние магнитного поля на процесс теплоперепоса в магнитной жидкости обусловлено, прежде всего, изменением структуры ее течения. Во-первых, в неизотермиче- 143 ской магнитной жидкости, находящейся в неоднородном магнитном поле, возникает термомагнитная конвекция, которая, как и смешанная конвекция, может усилить охлаждение нагретой поверхности. Еще один механизм интенсификации теплопереноса заключается в упорядоченном внутреннем вращении твердых частиц под действием внешнего поля: вращающиеся относительно жидкой фазы частицы образуют совокут>ность микроскопических «мер>алок», которые усиливают любые диффузионные процессы.
Этот же механизм может пндуцировать макроскопическое ротационное течение в магнитной жидкости, находящейся во вращающемся магнитном поле. Известно, что стационарное неоднородное магнитное поле влияет на устойчивость течения магнитной жидкости вблизи нагретой поверхности. В случае т >Н)1МТ (здесь оператор р означает характерный градиент скалярной величины) магнитное поле «расшатывает» устойчивое течение и усиливает теплоотдачу, а при ~>НЦ 'рТ— наоборот, стабилизирует течение магнитной жидкости. Особенно ощутимо влияние магнитного поля на тепло- обмен при кипении в условиях тепловой конвекции. В зависимости от плотности теплового потока, проходящего через поверхность нагрева, на ней возникают отдельные пузыри пара (пузырьковое кипение) или образуется сплошной слой пара (пленочное кипение).
Режим кипения зависит также от физических свойств жидкости, омывающей поверхность нагрева, и от гидродинамических условий в целом. Влиянием магнитного поля на вязкость и поверхностное натяжение магнитной жидкости, а также на характер зарождения н движения пузырей пара объясняется зависимость теплоотдачи при кипении от магнитного поля, Так, однородное магнитное поле вблизи нагреваемой поверхности повышает давление в магнитной жидкости, которое увеличивает температуру кипения. В неоднородном магнитном поле при условии х> Н1)й магнитная сила выталкивает пузырьки пара из области сильного поля.
В противоположном случае рНГ4а сила тяжести компенсируется магнитной силой, позтому частота отрыва и скорость всплывания пузырей падают и становится возможен переход к пленочному кипению. Сильное влияние магнитного поля заданной конфигурации на процесс кипения проявляется уже на начальной стадии, когда конвективная теплоотдача существенна, 149 Немаловажное значение для процесса теплоотдачи иагреваемой поверхности при кипении может иметь устойчивость симметричной формы пузырей пара в магнитном поле, а также влияние локальных искажений магнитного поля на них.
Напомним, что образующийся при этом градиент напряженности магнитного поля обратно пропорционален размеру пузыря. Из сказанного ясно, что режим охлаждения детали в процессе закалки можно регулировать, если закалку проводить в магнитной жидкости. Немагнитный контейнер с магнитной жидкостью помещается в магнитное поле, от величины которого зависит охлаждающая способность магнитной жидкости. Исследования А. Я. Симоновского и В. В, Чеканова (1981) показали, что при закалке в магнитной жидкости повьипаются равномерность охлаждения и прочность закаливаемой детали. По методу альфакалориметра исследовался процесс охлаждения стальных цилиндров диаметром 10 мм и высотой 30 мм в магнитной жидкости.
С увеличением напряженности приложенного поля скорость изменения температуры образца плавно понижалась, что связано с воздействием магнитного поля на режим охлаждения детали. Точное поддержание заданного режима охлаждения легко осуществить с помощью автоматизированной системы.
Известно, что при кипении обычных жидкостей происходит повышение концентрации растворенных примесей вблизи поверхности нагрева, которое приводит к образованию накипей и отложений. Причина этого явления— малая по сравнению с жидкостью растворимость примесей в паре. При кипении магнитных жидкостей твердая фаза также не удаляется с паром, поэтому ее концентрация вблизи поверхности кипения будет увеличиваться. В. Г, Стругов (1984) показал, что существует предельная концентрация твердой фазы в пристенном слое, по достижении которой на поверхности нагрева образуется слой нагара. Равновесная концентрация твердой фазы устанавливается под действием циркуляциониого процесса между слоем жидкости с концентрацией твердой фазы гг~ вблизи поверхности и поступающей к поверхности жидкости, концентрация которой ~гь Нагар на поверхности ие обре-уется, если концентрация твердой фазы не превышает предельно допустимую.
Для установления такого равновесия необходимо существование холодного «ядра» потока, в котором будет проис- 150 Рис. 3.28 Наиболее подходящими устройствами для охлаждения с помощью магнитных жидкостей являются те, которые генерируют магнитные поля. Магнитное поле рассеяния силового кабеля, например, может регулировать интенсивность теплоотдачи в зависимости от силы тока. На основе магнитных жидкостей могут быть созданы системы охлаждения без перекачивающих механических насосов. Принципиальная схема такой системы приведена на рнс, 3.28. Замкнутый контур 1, заполненный магнитной жидкостью 4, проходит через зону нагрева 5, в которой магнитная жидкость охлаждает 600 334 6ААч нагретую поверхность, и зону охлаждения магнитной жидкости у.
Рассоп ггг АА Между зонами 0 и 5 расположен источник Ар„ магнитного поля 2, На га0 выходе из магнитного г76хА/е поля намагниченность увеличивается в результате уменьшения температуры (см. $2.2.2). Ряс. 3.29 600 ~ао 0 гп 40 60 60 700 'С гг0 й— ходить «разбавление» концентрированной магнитной жидкости, поступающей вместе с пузырями пара из зоны кипения, Появление градиента концентрации твердой фазы в пристенном слое приводит к возникновению градиента намагниченности жидкости и, следовательно, к градиенту напряженности поля.
Значит, неоднородность концентрации твердой фазы будет влиять на условия роста и отрыва пузырей пара, от которых зависит коэффициент теплоотдачи. Следовательно, на выходе магнитная сила, действующая на жидкость, выше, чем на входе. В результате и контуре возникает стационарное течение магнитной жидкости, интенсивность которого зависит от перепада «магнитного давлениягс Лр„= ) /(4(х) — с/х, !1Н ! «х где индексы 1 н 2 соответствуют сечениям на входе в магнитное поле и на выходе из него.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
