磁场作用下磁性流体粘度特性的研究(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)哈尔滨工业大学电气工程系 作者:邹继斌

3、实验结果及分析

  图2所示为磁性流体粘度随温度变化曲线。该曲线的测量结果是磁性流体没有受到磁场作用下得到。从图中可以清楚地看出,随着温度的逐渐升高,磁性流体的粘度在逐渐的降低,这是由于随着温度的升高,溶液中微粒的布朗运动加剧,使得磁性流体基载液和磁性微粒之间的旋转速度差逐渐降低,从而粘度逐渐降低。这一特性和普通流体的粘度与温度特性相似。

  图3所示为通过粘度计测量的磁性流体粘度在不同电流作用下随时间变化曲线。在环境和磁性流体温度不变的情况下,从图中可以清楚地看出,在磁场作用磁性流体的开始阶段,磁场越大,磁性流体的粘度的变化率越大。同时,磁性流体的粘度也越大。

  在环境和磁性流体温度不变的情况下,在同一电流作用下,磁性流体的粘度随着电流作用时间的不断增加也在不断的增加。这是由于在电流作用前,由于热运动,磁性微粒中的分子磁效应的总和总是可以用一个等效的圆电流表示,即分子电流。分子电流的磁矩任意取向,杂乱无章的,磁性微粒中分子的合成磁矩为零。而此时磁性流体内各粒子的相互摩擦是产生粘度的主要原因。磁性流体中磁性微粒的存在,当磁性流体受到磁场作用时,磁性微粒的磁化矢量 总是要和外磁场强度矢量 的方向保持一致。同时,磁性微粒的旋转是因为磁性流体基载液的涡旋带动的。这样磁性流体中分子电流由于磁性微粒的旋转而形成微小电流环。在磁场中,微小电流环就如同电机的转子线圈那样受到磁力矩的作用。这个力矩总是要阻止磁性微粒的旋转,从而造成磁性流体基载液和磁性微粒之间旋转速度差的增大,也就使得两者之间的摩擦力增加,导致磁性流体粘度的增加。但是,随着时间的进一步推移,磁性流体基载液和磁性微粒之间旋转速度逐渐趋于稳定,这样磁性流体的粘度逐渐恒定,磁性流体粘度的变化率在不断的减小,最后磁性流体的粘度达到某一恒定值。如图4所示。

  图4所示为温度一定,磁性流体粘度与磁场关系。从曲线中进一步可以看出,随着磁场的逐渐增加,磁性流体的粘度在不断增加。产生这一现象的原因是由于磁场的增加,使得磁性流体基载液和磁性微粒之间的旋转速度差进一步加大,从而使得磁性流体的粘度进一步增加。

4、结论

  磁性流体粘度是磁性流体的一种重要特性。由于磁性流体是一种两相流体,在磁场的作用下,磁性流体还要受到磁场的作用,磁性流体的粘度会发生变化。

  ①磁性流体在没有磁场作用时,作为普通两相流体,其粘度随着温度的逐渐升高而逐渐减小。

  ②磁性流体在受到磁场作用时,由于磁性流体基载液和磁性微粒之间旋转速度差的增加,其粘度要大于未受到磁场作用时的粘度;同时,在磁性流体未达到饱和前,温度相同时,磁场越强,磁性流体基载液和磁性微粒之间的旋转速度差进一步增加,其粘度也随之加大,但是当磁性流体达到饱和状态以后,其粘度随磁场强度变化的趋势减缓。

  ③磁性流体在受到磁场作用是,当磁场强度梯度存在变化时,沿着磁场强度梯度变化的方向上,磁性流体的粘度均发生变化;当磁场梯度为常数时,磁性流体的粘度在整个区域均相同。

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