磁場和力場作用下磁性流體特性的分析及其應(yīng)用.pdf

1、磁性流體作為一個具有可流動性的磁性功能材料得到了廣泛的應(yīng)用。在磁場和力場作用下的磁性流體特性的分析和研究是磁性流體應(yīng)用的基礎(chǔ)。 在外磁場的作用下，磁性流體的分布和形狀將受到磁場的影響，同時，由于磁場的作用，磁性流體對外顯現(xiàn)出磁性，其磁性必將對外磁場的分布產(chǎn)生影響。因此，在外磁場的作用下，磁性流體內(nèi)存在磁場與力場的耦合問題。傳統(tǒng)的磁性流體磁場的計算采用磁力線等效法、磁路等效法、線性計算法和非線性計算法等，這些計算方法均忽略了磁場與

2、力場的耦合問題。當(dāng)磁性流體的飽和磁化強(qiáng)度較低、相對磁導(dǎo)率較小時，傳統(tǒng)的計算方法在磁性流體磁場的計算中是適用的。隨著磁性流體技術(shù)的發(fā)展和其性能的不斷提高，高飽和磁化強(qiáng)度和高性能的磁性流體的制備成功，對磁場與力場的計算的準(zhǔn)確性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的計算方法所造成的計算誤差已經(jīng)不能被忽略。因此，采用解耦計算方法對磁場與力場的耦合問題進(jìn)行準(zhǔn)確計算是必要的。 理論分析了磁性流體靜力學(xué)方程和磁性流體動力學(xué)方程，為磁性流體解耦計算和應(yīng)用奠定

3、了理論基礎(chǔ)。采用邊界逐步逼近迭代法對磁場與力場問題進(jìn)行解耦計算。首先進(jìn)行磁性流體磁場的線性化計算，得到磁性流體磁場的等磁感應(yīng)強(qiáng)度邊界面；其次，在線性化計算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行磁性流體磁場的非線性化計算，此時，計算得出的邊界面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度不相等；再者，采用邊界逐步逼近的迭代方法進(jìn)行磁性流體磁場與力場的解耦計算，直到計算得出的邊界面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等為止。邊界逐步逼近迭代法能準(zhǔn)確的計算磁性流體磁場與力場的耦合問題，為研究磁性流體特性奠定了數(shù)學(xué)基

4、礎(chǔ)。 對典型的磁場與力場耦合問題進(jìn)行了定量分析，主要對磁性流體密封、長直電流對磁性流體的作用和磁場對磁性流體密度的影響。通過定量分析可以得出：影響磁性流體旋轉(zhuǎn)軸密封能力的因素很多，其中磁性流體的材料特性，磁場的強(qiáng)度對軸密封有著直接的影響，對于材料相同和結(jié)構(gòu)相似的密封裝置而言，轉(zhuǎn)軸的偏心、密封間隙的變化以及在轉(zhuǎn)軸的直徑、離心力的作用都會對密封能力產(chǎn)生影響。分析這些因素的影響對磁性流體密封的設(shè)計和使用是十分重要的。在長直導(dǎo)線形成的磁

5、場作用下，磁性流體液面會隨著磁場的增強(qiáng)而逐漸升高。在磁場作用下，磁性流體會被吸引，而且向磁場強(qiáng)的區(qū)域運(yùn)動，同時在磁性流體中非磁性物體反而會向磁場弱的區(qū)域運(yùn)動。這樣磁性流體的密度產(chǎn)生變化。隨著磁場增加，磁性流體的密度也在增加，并且磁性流體密度同磁場強(qiáng)度成正比例關(guān)系。 由于磁性流體中磁性微粒的存在，磁性流體的粘度在磁場的作用下會產(chǎn)生變化。實驗研究了無磁場作用下和磁場作用下磁性流體粘度特性的變化規(guī)律。沒有磁場作用時，磁性流體的粘度隨著

6、溫度的升高而逐漸減小；在磁場作用下，磁性流體的粘度隨著磁場強(qiáng)度的增加而增大；當(dāng)磁性流體達(dá)到飽和狀態(tài)以后，其粘度的變化趨勢減緩；沿著磁場梯度的變化的方向上，磁性流體的粘度均發(fā)生變化。 研制了行波磁場對磁性流體作用的實驗裝置，對行波磁場作用下磁性流體的運(yùn)行進(jìn)行了分析，研究了磁場強(qiáng)度對流動狀態(tài)的影響。行波磁場作用下磁性流體會產(chǎn)生流動的現(xiàn)象；在實驗中，磁極旋轉(zhuǎn)的角度越大，其流量也越大；磁場越強(qiáng)，其流量也越大；行波磁場的頻率影響磁性流體的