Введение к работе
. Актуальность темы. Ряд перспективных направлений во многих областях техники связан с синтезированными в середине 60-х годов магнитньми жидкостями. Сочетание текучих и магнитных свойств позволяет создать на основе магнитных жидкостей принципиально новые приборы, аппараты и технологии, к ним относятся магнитножидкостные уплотнители и демпферы колебаний, новые датчики и элементы систем автоматизации. Возможность управления с помощью внешних магнитных полей движением магнитных жидкостей и синтезированных на их основе лекарственных препаратов является основой для новых методов лечения в медицине.
Многие из упомянутых приложений магнитной жидкости основаны на возможности удерживать ее в любом заданном месте внешней магнитной силой. Для этого используются сильные неоднородные поля, которые можно легко создать на практике и которые особенно эффективны для удержания магнитной жидкости. В ряде типичных конструкций используются магнитные поля, создаваемые намагниченными клинообразными металлическими насадками. Теоретический расчет магнитного поля около острия намагниченного клина вызывает затруднения, связанные с необходимостью учета всей конфигурации насадки. Расчет формы свободной поверхности магнитной жидкости вблизи острия клина иожет быть использован в разработках конкретных устройств на магнитной жидкости. Цель работы:
- разработка метода расчета магнитного поля металлического клина, намагниченного внешним однородным полем;
-исследование форм равновесия объемов магнитной жидкости, заключенных между двумя немагнитными плоскостями, и определение соответствующих критических параметров вблизи острия намагниченного клина;
теоретическое и экспериментальное исследования форм свободной поверхности капли магнитной жидкости, находящейся на наклонной плоскости в поле силы тяжести;
исследование влияния поверхностного натяжения на форму свободной поверхности магнитной жидкости вблизи острия намагниченного клина;
- исследование формы свободной поверхности капли магнитной
яидкости вблизи острия намагниченного клина с учетом поверхностного
натяжения.
Научная новизна.
1. Найдено распределение напряженности магнитного поля конечно
го металлического клина с бесконечной магнитной проницаемостью, на-
-* магниченного внешним однороднш полем HQ. Показано, что распределение магнитного поля выражается через комплексную функцию, обратную к интегралу Шварца-Кристоффеля. В малой окрестности клина получено асимптотическое выражение для напряженности магнитного поля намагниченного клина.
-
Исследованы формы равновесия объемов магнитной жидкости между двумя немагнитніаш плоскостями под действием перепада давления. Показано, что равновесие капли между двумя плоскостями возможно не для любых значений параметров задачи: ширины зазора между плоскостями, объема капли, перепада давления. Показано, что объем капли магнитной кидкости, заключенной между параллельными пластинами в магнитном поле клина, не может превышать некоторого максимального значения; капли большего объема разрушаются. Рассчитана сила, действукщая со стороны магнитной жидкости, заключенной между двумя пластинами, на одну из пластин.
-
Исследованы изменения форм свободной поверхности тяжелой
магнитной жидкости, расположенной около острия магнитного клина на наклонной плоскости, при квазистатическом изменении внешнего однородного поля. Показано, что существует максимальный объем капли магнитной жидкости, удерживаемой магнитным полем намагниченного клина. Предложена экспериментальная методика определения максимального объема капли магнитной жидкости, находящейся на вертикальной плоскости и удерживаемая магнитным полем клина. Проведена серия экспериментов. Экспериментальные данные согласуются с теоретическими. Показано, что на наклонной плоскости удерживаются капли меньшего объема, чем на вертикальной.
4.Исследовано изменение формы первоначально горизонтальной свободной поверхности магнитной жидкости, находящейся около острия намагниченного клина, в зависимости от величины внешнего однородного поля. Обнаружено, что при некоторой критической величине поля, часть жидкости отрывается и подскакивает к острию клина, образуя вокруг него каплю. Найдена зависимость координат точки отрыва от величины поля. Предложена экспериментальная методика определения критической точки отрыва магнитной жидкости. Проведена серия экспериментов. Экспериментальные и теоретические данные согласуются.
5. Предложен метод определения кривой намагниченности и
намагниченности насыщения по высоте подъема жидкости в однородном
магнитном поле.
6. Исследовано влияние поверхностного натяжения на форму сво
бодной поверхности магнитной жидкости. Найдено изменение свободной
поверхности магнитной жидкости вблизи линии контакта с твердой под
ложкой . "
?.Получено аналитическое выражение для формы свободной поверхности капли магнитной жидкости, находящейся в малой
окрестности острия намагниченного клина.Влияние поверхностного натяжения на форму свободной поверхности капли учитывается.
Практическое значение. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для экспериментального определения параметров магнитных жидкостей, расчетах формы поверхности магнитных жидкостей в феррогидродинамических уплотнителях, демпфирующих устройствах, датчиках наклона и других устройствах.
Апробация работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах. Результаты работы докладовались на VI Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям (г. Плес, 1991); на VI и VII Международных конференциях по магнитным жидкостям (Paris, 19S2 и Bnavnagar, 1995); на семинаре по физико - химической гидродинамике под руководством профессора В.В.Гогосова;
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы—145 страниц, рисунков — 30, список литературы—101 наименований.