Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Во многих областях современно!! техники и технологии находит применение магнитная жидкость (МЖ) - дисперсная система, включающая в себя магнитную фазу и жидкость-носитель, то есть суспензия магнитных частиц в жидком носителе. Основные применения МЖ связаны с гидродинамическими эффектами в магнитной жидкости во внешнем магнитном поле [1]. Это магнитожидкостные уплотнители, магнитная смазка, герметизирующие устройства, магнитная сепарация веществ с различной плотностью, применение МЖ в биологии и медицине. Довольно хорошо изучены макроскопические эффекты в МЖ, связанные с поведением МЖ во внешнем магнитном поле: макроскопическая магнитная восприимчивость, макроскопическое движение МЖ (феррогидродинамика), то есть эффекты, обусловленные взаимодействием частиц МЖ с внешним полем. В то же время недостаточно изученными остаются явления, обусловленные взаимодействием частиц МЖ с поверхностью, граничащей с МЖ , и взаимодействием частиц между собой. Одно из таких явлений -сорбция частиц МЖ на поверхности твердого тела [2]. В этом случае наряду с взаимодействием частиц суспензии между собой в свободной жидкости имеет место сложное взаимодействие частиц в двойном электрическом слое сорбента.
Актуальной для многих приложений является проблема стабильности МЖ в объеме и на поверхности граничащих с магнитной жидкостью сред. Таким образом, актуальным является изучение поверхностных эффектов на границе МЖ - твердое тело (в том числе сорбции частиц МЖ на поверхности твердого тела) и их теоретическое описание.
К МЖ в контакте с поверхностью твердого тела предъявляются различные (зависящие от типа задачи) требования. Одним из требований является малость величины агломерации магнитного материала жидкости на поверхности, контактирующей с МЖ среды.
Одной из областей применения магнитных жидкостей является их применение в петрофизических исследованиях пористых сред пород-коллекторов нефти и газа [3], [4]. Для задач
использования МЖ в петрофизических исследованиях (при изучении свойств пористых горных пород) к МЖ предъявляются различные требования в соответствии с характером решаемой задачи.
Таким образом, актуальность исследования поверхностных явлений на границе МЖ - твердое тело диктуется набором физических задач, при которых используются магнитные жидкости, и общим требованием устойчивости и качества применяемых МЖ, важным с точки зрения их использования.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - описание механизма сорбции частиц магнитной жидкости на поверхности твердого тела при отсутствии и наличии внешнего магнитного поля, расчет компоненты теплоемкости МЖ, обусловленной взаимодействием частиц МЖ, и выработка рекомендаций по применению МЖ для практических задач (в том числе для задач использования МЖ в Петрофизических исследованиях пород-коллекторов нефти и газа).
1.Вывод уравнения изотермы сорбции частиц МЖ на поверхности раздела МЖ - твердое тело при отсутствии внешнего поля.
2.Вывод уравнения изотермы сорбции частиц МЖ на поверхности раздела МЖ - твердое тело при наличии внешнего магнитного поля.
З.Разработка подхода к оптимизации параметров в системе МЖ - твердое тело исходя из конкретных требований, предъявляемых к системе, для практических применений МЖ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены уравнения изотерм сорбции частиц магнитной жидкости на поверхности твердого тела как функции от электрокинетического потенциала и толщины двойного электрического слоя сорбента, размеров и магнитного момента частиц МЖ, поляризуемости и толщины слоя ПАВ частиц, заряда ядра коллоидных частиц магнитной жидкости, температуры, величины внешнего магнитного поля. Уравнения изотерм сорбции имеют аномальный характер.
Дана физическая интерпретация сорбции частиц МЖ в рамках статистической физики равновесных состояний и электродинамики сплошных сред, оценена поверхностная энергия МЖ с учетом магнитного взаимодействия частиц приповерхностного слоя МЖ с локальным магнитным полем МЖ, оценен вклад в теплоемкость МЖ, обусловленный магнитным взаимодействием частиц МЖ в приближении парного взаимодействия частиц.
АВТОРОМ ЗАЩИЩАЕТСЯ предложенный физический механизм сорбции частиц МЖ на поверхности твердого тела, вывод уравнений изотерм сорбции, предложенный подход к оптимизации параметров в системе МЖ - твердое тело.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Полученные в работе результаты могут быть использованы при решении вопросов, связанных с выбором типа МЖ и ее параметров при практическом применении магнитных жидкостей (в том числе и в петрофизических исследованиях).
Полученные формулы для изотерм сорбции и предложенный подход к оптимизации параметров в системе МЖ - твердое тело исходя из конкретных требований, предъявляемых к системе МЖ -твердое тело, могут быть использованы при решении конкретных прикладных задач.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались:
на семинарах кафедры теоретической физики Тюменского государственного университета в 1985,1991г.
на семинаре кафедры геофизических исследований скважин Тюменского индустриального института в 1993г.
на межгосударственной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки". Тюмень, 1993.
на Областной научно-технической конференции по химии и химической технологии.Тюмень,1985.
на Областной научно-технической конференции по химии и химической технологии. Тюмень,1986.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В основу диссертационной работы положены теоретические разработки, подтвержденные экспериментальными результатами, полученными в лаборатории первичных магнитных преобразователей(ЛПМП) и в лаборатории петрофизики (ГП "Диагеос") кафедры геофизических исследований скважин Тюменского индустриального института в 1984-1993 г.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и содержит 119 страниц, 209 формул, 12 рисунков. Библиография включает 57 наименований.
Автор выражает большую признательность своему научному руководителю доктору физико-математических наук В.Ф. Новикову, коллективу кафедры геофизических исследований скважин Тюменского Государственного нефтегазового университета, коллективу кафедры теоретической физики Тюменского государственного университета за консультации и обсуждение результатов, директору ГП "Диагеос" профессору Ефимову В.А. за предоставленную возможность проведения работы и Апситису Л.В. за совместную работу по изучению сорбции частиц МЖ на твердых телах и исследование механизма сорбции.