Введение к работе
Актуальность проблемы. Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой искусственно синтезированные магнитоуп-равляемые коллоидные системы. Достаточно высокая намагниченность насыщения (20 - 40 кА/м) при низкой вязкости послужили причиной того, что МЖ за тридцатилетнюю историю своего существования стали весьма широко применяться в ' различных технических устройствах, используемых для уплотнения валов, создания высокочувствительных датчиков угла наклона, ускорения', уровня, сепараторов и т.д. Несомненен так же и общенаучный интерес проблем, связанных с МЖ, который обусловлен двойственной природой МЖ: с одной стороны они являются классической коллоидной системой, с другой -искусственно синтезированной жидкой средой, которая проявляет свои специфические качества при взаимодействии с силовыми полями (электромагнитными). Технически достаточно легко осуществимо создание магнитных полей различных конфигураций при широком и регулируемом диапазоне напряжен-ностей поля, что дает возможность для проведения уникальных экспериментов по исследованию свойств жидких сред вообще и коллоидных систем в частности.
Диссертационная работа выполнена в Проблемной науч- но-исследовательской лаборатории прикладной феррогидродинамики Ивановского государственного энергетического университета в рамках плана госбюджетных НИР (номер госрегистрации 01860067325) по созданию методов исследования устойчивости Ш и разработке уплотнений вводов движения в газовые, паро-газовые, биологически активные и агрессивные среды.
Цель работы: а) исследование явлений,, связанных с взаимодействием MS с твердой подложкой и создание простых, эффективных методов исследования смачивания и растекания МЖ в условиях изменяющегося неоднородного магнитного поля, явления увлечения MS движущейся подложкой и создания метода расчета толщины уносимой пленки ME; б) обоснование возможности использования поверхностных акустических волн (ПАВ) в исследовании капиллярных и объемных свойств МНЕ.
Научная новизна. Предложено подходить к исследованию смачивающих свойств с точки зрения анализа баланса адгезионных и когезионных сил в системе жидкость-подложка. На основании изложенного подхода
-
разработаны и созданы установка и методика определения смачивающих свойств МЖ по отношению к различным подложкам;
-
разработана установка по исследованию увлечения Ml движущейся подложкой;
-
создана полуэмпирическая методика расчета толщины слоя, уносимого подложкой из конечного объема магнитной жидкости, находящейся в неоднородном магнитном поле.
А также
-
теоретически исследован процесс распространения ПАВ в системе "жидкий слой - твердое полупространство". Выяснено влияние толщины слоя жидкости и поверхностного натяжения границы раздела "жидкость-твердое тело" на скорость и дисперсию ПАВ;
-
методом возмущений найдено решение дисперсионного соотношения для ПАВ в описанной системе, отличающееся от известных и дающее явный вид коэффициента затухания ПАВ;
-
разработаны установка и методика, позволяющие за один цикл измерений определить скорость звука в жидкости, ее плотность и вязкость, а так же зависимость этих параметров от температуры;
?) теоретически исследовано влияне температуры на распространение ПАВ в системе "МЖ-твердая подложка".
Практическая ценность работы состоит в создании экспериментальной установки и полуэмпирической методики расчета толщины слоя МЖ, уносимого движущейся подложкой из капли МЖ, помещенной в неоднородное магнитное поле, которые нашли свое применения в инженерной методике расчета конкретных технических устройств. Методика определения смачивающих свойств так же представляет интерес как основа проектирования устройств, в которых характер взаимодействия МЖ с твердой поверхностью принципиален. Использование ПАВ
- 5 -в исследовании Ш позволяет осуществлять неразрушающий контроль свойств жидкости при ее минимальном объеме. Исследования по распространению ПАВ в системах с магнитной жидкостью в условиях изменяющейся температуры могут стать основой как для исследования физико-химических свойств МЖ в минимальных объемах, так и для создания на основе применения ПАВ методов неразрушающего контроля твердых веществ. Основные положения, выносимые на защиту.
-
Представление о_возможности и метод определения смачивающих свойств Ш -без измерения поверхностного натяжения и краевого угла смачивания. В основу метода положено определение смачивания как меры баланса адгезионно- когезионных сил.
-
Положение о существовании магнитной составляющей адгезии в системе "МЖ-твердая магнитная подложка".
-
Метод измерения и методика расчета толщины пленки, уносимой движущейся подложкой из капли Ш, находящейся в неоднородном магнитном поле.
-
Положение о том, что поверхностное натяжение границы "жидкость-твердое тело" оказывает исчезаще малое влияние на скорость и дисперсию поверхностной волны. Доказано, что, в дисперсионном соотношении членами,учитывающими толщину слоя жидкости и поверхностное натяжение границы раздела сред,можно пренебречь, и перейти от системы "жидкий слой-твердое полупространство" к системе "жидкое полупространство-твердое полупространство".
-
Новый вид решения дисперсионного соотношения для ПАВ, распространяющихся в указанных системах, позволяющий выделить в явном виде коэффициент затухания ПАВ.
-
Метод определения температурных зависимостей скорости звука, плотности и вязкости магнитной жидкости, а так же теоретические результаты по исследованию влияния температуры и концентрации МЖ на распространение ПАВ в системах типа "МЖ - твердое полупространство".
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Областной конференции молодых ученых (Иваново, 1984), Всесоюзных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Иваново, 1987, 1989,), Рижских совещаниях по магнитной гидродинамике (Саласпилс, 1987, 1990), Всесоюз-
\
- б -
ной конференции по магнитным жидкостям (Плес, 1991). Международных конференциях по магнитным жидкостям (Рига, 1989, Париж, 1992), Международной конференции "VI Бенар-досовские чтения (Иваново, 1992), Международной конференции "Колебания и волны в экологии, технологических процессах и диагностике" (Минск. 1993), Белорусском конгрессе по теоретической и прикладной механике "Механика - 95" (Гомель, 1995), на постоянно действующем семинаре по магнитным жидкостям под руководством д.ф.-м.н. Гогосова В.В. (Институт механики МГУ, 1987). -
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 14 работах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, одного приложения и содержит 120 страниц, 29 рисунков , 12 таблиц, в списке литературы 72 наименования.