В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 28
Текст из файла (страница 28)
'3 Рнс. 3.30 В. Г. Рыков и Е. И. Янтовский (1983) измерили зависимость Ьр,„от максимальных температуры и напряженности магнитного поля прн течении магнетнтовой чагнитной жидкости иа основе керосина (р=1000 кг/м', Ч =1! кА/и, из~ с=24.10-з Па с) в канале внутрен. зим диаметром 2«=7 мм и длиной 1=1,5 м. Электромагнит создавал индукцию 0,9 Тл! на участке длиной 8 см. Результаты пз!!ерений и расчета приведены на рпс. 8.29.
При этом предполагалась справедливость ланжевеновкого закона намагничивания и учитывалось объемное расширение жидкости. Макснмальный расход магнитной жидкости по контуру составлял 11=0,7 смз/с. В таких охлаждающих устройствах используются чагнитные жидкости на основе воды, содержащие колло!дные частицы феррита (Х. Матцуки, К, Муракамп) (Н.
МаЬпк1, К. Мпгакапп) (1987). Зависимость намагниченности магнитной жидкости и температуры определяет теплоперенос в однофазном .32 гермосифоне (17) (рис. 3.30). В немагнитном корпусе 1 гермосифона, заполненного магнитной жидкостью 2, расположен кольцевой постоянный магнит 3, намагниченный в осевом направлении. В зоне нагрева намагниченность жидкости уменьшается и сила притяжения жидкости к магниту становится меныпе, чем сила притяжения холодной жидкости в зоне охлаждения. Разность этих снл вызывает циркуляцию магнитной жндкости в термосифоне.
В результате теплота из зоны нагрева пе- 1 реносится в зону охла- г~+Р; г" лм я ждения. Работоспособность устройства не зависит от направления ю ч; ю з (отсутствия) силы тяжести. с 1 О T" На этом же принципе основано действие магнитной холодильной 4 машины маховичного ту Е Ю т,и типа, разработанной Дж. Баркли (Л, А, Вагс1ау) (1982) . Вначале Ряс. 3.3! опишем известную конструкцию магнитной холодильной машины маховичного типа с махочиком из редкоземельного ферромагнетика — гадолиния.
У гадолиния точка Кюри, при которой происходит переход из ферромагнитного состояния в парамагнитное, достаточно низка; 17'С. Часть маховика 1 (прнблизительно одна треть) находится в сильном магнитном поле (В=6 †Тл), а часть б — в очень слабом (рис 3.31). Маховик б приводят во вращение против часовой стрелки.
Рассмотрим элемент маховика, входящий в область сильного магнитного поля при температуре Т'~. Вследствие магнетокалорического эффекта, максимального вблизи точки Кюри, температура этого элемента адиабатичсски увеличивается цо Т +Ли . В области сильного поля гадолиний начинает охлаждаться жидким теплоносителем, который движется по часовой стрелке. Следовательно, после прохождения области сильного поля температура элемента уменьшается от Т~~+Л" до Тс+Ьс. Затем элемент при движении выходит из сильного поля и адиабатически Размагничивается. При этом его температура понижается до Тс.
В результате дальнейшего перемещения гзз маховика против часовой стрелки рассматриваемый элемент вступает в контакт с теплоносителем, который нагревает его до Ти. При этой температуре элемент маховика вновь входит в сильное поле. Теплоноситель, который поступает во вращающийся маховик при температуре Т>", движется по маховику в направлении, противоположном его вращению. Прежде чем теплоиоситель впервые покинет маховик, он охлаждается до температуры Т~ При такой температуре теплоноситель поступает в теплообменник 7, в котором нагревается до 71+ Л>' за счет теплоты, поступающей от охлаждаемого тела, температура которого ниже температуры окружающей среды. Затем теплоиоситель поступает в маховик, кос торый имеет в зоне контакта такую же температуру; Т:+ + Л-.
Двигаясь по часовой стрелке, теплоноситель нагревается до температуры Т~+ Л', покидает маховик и прокачивается насосом 2 через охлаждающий теплообменник 8, понижающий температуру до Т,", при которой теплоноси. тель 4 вновь поступает в маховйк. Такам образом, весь цикл состоит из четырех термодинамических процессов, два из которых протекают в адиабатических условиях, а два — в постоянном магнитном поле (аналог цикла Брайтона в газовых турбинах). Устройство может служить для преобразования тепловой энергии в механическую, если выполнять этот цикл в обратном направлении. В созданной для реализации этого термодииамического цикла установке пришлось преодолеть значительные технические трудности, связанные со встречным движением теплоносителя через вращакпцийся маховик.
На неподвижном корпусе устройства имеются герметизаторы, с помощью которых теплоноснтель перекачивается через неподвижные кольцевые камеры из одного отсека маховика в другой. В каждом отсеке, который вращается вместе с маховиком против часовой стрелки, теплоноситель двигается по часовой стрелке через пористый гадолиний и перетекает затем в камеры, расположенные на корпусе. Затем теплоноситель заполняет следующий отсек. Если скорость движения жидкое~и по каждому отсеку достаточно велика, происходит перемещение жидкости по часовой стрелке, хотя маховик вра1пается в противоположном направлении.
Герметизаторы препятствуют поступлению теплоносителя пз камеры в 154 передвигаклцийся отсек до подхода соседнего отсека. Оказалось, что столь сложная конструкция все же не нсключает полностью перемегцения жидкости в направлении вращения маховика. Кроме того, при испытаниях установки потери давления на узлах ввода теплоносителя в маховик были слишком велики, и поэтому она не нашла промышленного применения, В холодильной машине такого типа, ио с магнитной Рис.
3.32 жидкостью в качестве теплоносителя удалось исключить сложные герметизаторы, узлы ввода теплоносителя во вращающийся маховик и упростить конструкцию маховика. Схема составляющих цикл процессов изображена на рис. 3.32. Холодная магнитная жидкость при темпеРатуре Тс+ Лс поступает в маховик в области сильного мапштного полн 1, нагревается до температуры Та+Ли и затем удаляется из него далее магнитная жидкость прокачивается насосом 2 через теплообменник 8, в котоРом ее темпеРатУРа падает до Тн. После этого магнитнаЯ жидкость проходит по маховику через область слабого поля 4, где охлаждается до температуры Тс н через «холодный> выход идет к теплообменнику Б.
Здесь она нагревается и прп температуре Те+ Лс вновь поступает в маховик. Анализ условий движения жидкости по отдельным участкам схемы показал, что объемная магнитная сила достаточна для контролируемого перемещения жидкости, если поле имеет вполне определенную конфи- гурацию: внешние теплообменники должны находиться в более сильном магнитном поле, чем адиабатические участки маховика. Для оптимального режима работы предлагаемой схемы создаваемое насосом давление должно составлять приблизительно 10' Па.
Другое решение проблемы контроля над перемещением теплоносителя по контуру такой машины — заполнение контура двумя несмешивающимися магнятными жидкостями. Столб одной из инх удерживается в области сильного полн и является поршнем, который передвигает вторую магнитную жидкость в нужном направлении при вращении маховика. Проведем оценки, сделанные для опытной установки, работающей на магнитной жидкости. Маховик из гадолиния имеет следующие размеры: внешний диаметр— 14,86 см, внутренний диаметр — 8,86, ширина — 5,79 см. Массовая скорость потока жидкости в маховике о„.,= = (1 — а) Ур/, где и — пористость гадолиния; г'=647 смз— объем маховика; р — плотность магнитной жидкости; / — частота вращения маховика.
Мощность холодильной машины задается формулой )г' =. 7'с (Л5) от% где Тс — температура холодного теплоносителя; Л5 — и з менение энтропии; 6 — молекулярная масса теплоносителя. Примем я=0,5 и /=1 Гц. Тогда и =2,53 кг/с. При температуре Кюри для гадолиния получаем Л5 =- 1,65 Дж/(моль К) при изменении индукции поля на 8 Тл. В результате получаем Ю;=7,4 кВт. Однако решающее значение для энергетических параметров машины имеет обеспечение низкого перепада давления в пористом слое гадолпния прн достаточной интенсивности теплообмена между частицами гадолииия и теплоносителем.
Рассчитав потери давления в монодисперсном пористом слое из частиц диаметром 0=0,3 мм для магнитной жидкости на основе керосина, намагниченность насыщения которой М ж 23 кА/м, удельная теплоемкость с„=1,65 кДж/(кг.К), плотность р=1160 кг/м', динамическая вязкость 0=1,64 Па-с и коэффициент теплопроводности 1.=0,145 Вт/(м К), с учетом процесса теплообмена между жидкостью и дисперсным слоем гадолиния при а=0,5 получим Лр=6,33 ° 104 Па.
Зги потери снизятся, если использовать магнитную жидкость, намагниченность которой составляет 35 кА/м. Плотность теплового потока от дисперсного слоя к жидкости должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить эффективную работу холодильной машины. Для указанных выше диаметра частиц и характеристик магнитной жидкости получено следующее значение безразмерного числа Нуссельта: г1и †--15. Расчеты проводились в предположении об отсутствии влияния магнитного поля на теплообмсн.
Однако специально поставленные эксперименты по теплообмену между магнитной жидкостью и сетчатым экраном из нержавеющей стали в сильном поле с индукцией В-8 Тл показали, что коэффициент теплоотдачи возрастал приблизительно в 1,5 раза по сравнению с коэффициентом при отсутствии магнитного поля. ЗАЧ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В МЕДИЦИНЕ Одно из направлений использования магнитных жидкостей в медицине связано с перекрытием тока крови в крупных сосудах во время проведения операций. Другое направление — введение фармакологических препаратов в организм с помощью магнитных жидкостей.
Третье связано с получением рентгеноконтрастных веществ, управляемых магнитным полем. И наконец, необходимо отметить применение коллоидных частиц железа для устойчивого тромбообразования в сосудах различного диаметра. Первое из упомянутых направлений не получило широкого распространения. Зато принцип работы магнитожидкостных герметизаторов был в дальнейшем успешно применен для обтурации (закупоркн) свищевых отверстий в полых органах. По развитой В. А. Франком (1984) методике, капля магнитной жидкости фиксируется постоянным магнатом и закрывает свищевой канал, изолируя внутреннюю полость органа от воздействия внешяей среды, что создает благоприятные условия дли заживления свища, Магнитожидкостные обтураторы используют и при лечении наружных желудочно-кишечяых и пузырно-влагалищных свнщей.
Методика лечения больных с наружнымн желудочно-кишечнымп свищами следуюгцая: введение в просвет свнщевого канала до внутреннего отверстия полиэтиленовой трубки диаметром 2 — 3 мм, укрепление самарий- 157 кобальтового магнита с латексным покрытием с помощью лейкопластыря или повязки, подача через трубку шприцем 3 — 6 смз магнитной жидкости намагниченностью насыщения 38 — 40 кА/м, удаление трубки из свища. При несформировавшемся свище на ране размещали магнит или магнитоэласт с остаточной индукцией 60— 70 мТл. Наружное отверстие свища обрабатывали мазью, содержагцей антисептнк или антибиотик.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
