磁场作用下磁性流体粘度特性的研究

　　磁性流体是由基载液体、磁性微粒及附着在磁性微粒表面的表面活性剂组成。因此，磁性流体的粘性和悬浮的磁性微粒及表面活性剂的行为有关。同时，磁场对磁性流体微粒的行为也会产生影响，所以磁性流体的粘性同外磁场也有关。

1、磁性流体的粘度

1.1 没有外磁场作用时的粘度

　　对于稀疏的磁性流体而言，磁性流体的粘性可以按Einstein公式计算，即

　　其中，η₀- 没有磁场作用是磁性流体动力粘性系数；

　　η_c- 磁性流体基载液体动力粘性系数；

　　φ- 磁性流体单位体积微粒所占的体积。

　　对于非稀疏的磁性流体而言，磁性流体的粘性可以根据Rosensweig公式计算，即

　　通常，磁性流体基载液体的动力粘性系数 是温度的函数。因此，磁性流体的动力粘性系数 也是温度的函数，即

1.2、存在外磁场作用时的粘度

　　一般地说，磁性流体的微粒科可以看作一个个的小环形电流。在外磁场的作用下，磁性流体微粒受到使其磁矩与外磁场方向一致的力矩。任何使它们偏离外磁场方向的倾向，都必须付出克服磁场作用的功。只有存在磁性流体微粒和基载液体相对运动的前提下，才能表现出颗粒对粘性的影响。而磁场力是控制磁性流体颗粒运动的一个因素，所以外磁场的存在，必定会对磁性流体的粘性产生影响。
若磁场存在时，磁性流体的粘度为：

其中，

　　m1，m2- 液体分子、磁性微粒质量；

　　n1，n2- 液体分子、磁性流体数量；

　　a- 液体分子的平均直径；

　　b- 磁性微粒平均直径；

　　τ₂-磁性微粒连续碰撞的平均时间；

　　M- 每个磁性微粒的磁矩；

　　H- 磁场强度；

　　C₂- 磁性微粒的平均速度。

　　从方程(4)可以看出，δ依赖于磁场强度梯度，于是磁性流体粘度方程中，(1+δ)^1/2就是磁场对磁性流体粘度的影响。从δ的计算方程中可以看出，如果磁场强度梯度是空间坐标的x、y和z函数，那么磁性流体的粘度在空间每一点上均发生变化。如果下列三式均成立，

　　即磁场强度梯度为常数，磁性流体的粘度在所有区域均相同。同时，从方程（4）中还可以得出，当 n₂/n₁=0时，即溶剂的粘度η_c为

2、实验研究

　　图1所示为磁性流体粘度测试实验装置。从公式(4)分析中可以看出，只有当磁场梯度存在的时候，磁性流体的粘度才会产生变化。由于温度对磁性流体的粘度也会产生影响，因此，为了能观测到磁场对磁性流体粘度的影响，所以在右图测试装置中另加了一个温度计以确保温度的恒定，从而可以观测出磁场的变化导致的对磁性流体的粘度产生影响不是由于温度的变化而产生的。同时，磁性流体的液面要足够的大，磁性流体的深度要足够的深，即磁性流体的量要足够大，这样就可以忽略由于粘度计测试端的触点所带来的误差。