磁流体密封液体中动力学界面稳定性的研究

发布时间：2020-10-10 01:59

　　本文探讨了影响界面稳定性的主要因素,给出了磁流体与被密封液体间界面稳定性的判据,阐述了磁流体密封的有关特性。系统地总结和评述了磁流体技术研究的当前现状和发展趋势。磁流体密封液体技术的研究越来越受到重视。如果能提高磁流体密封能力和密封寿命,特别解决磁流体密封液体的问题,那么可大大推广磁流体在密封方面的应用。磁流体的制备方法很多,与磁性颗粒的种类有关。不同方法对应有不同工艺,可用于制备不同用途磁流体。本文采用化学共沉法,进行实际制备磁流体的研究。磁流体物理性能如分散稳定性、磁化特性等直接关系到磁流体应用的有效性。因此,进一步讨论了磁流体的磁化性能及分散稳定性。影响这一分散稳定性的因素很多,有表面活性剂链分子长度和固相磁性颗粒浓度、材料及其大小以及基液等。给出了分散稳定性及磁化性能的仿真计算结果。介绍了磁流体密封原理及密封间隙内磁场分析的方法。着重介绍了通过一种解析法求解密封间隙内的磁场分布。磁流体密封的基本组成部分有磁流体、永磁铁、磁极靴和轴等。磁流体在间隙内形成液体“O”形密封环。磁流体密封装置的设计应以磁场分析为依据。阐述了磁流体密封的力学特性和分析方法。讨论磁流体密封的静力学特性;阐述磁流体密封的动力学运动模型的建立及其求解,求出了斜角形磁极密封的间隙内磁流体的速度分布、压力分布以及密封能力。为了简化磁流体运动问题的分析,理论上可将磁流体作为牛顿流体处理。如果将磁流体视为非牛顿流体,则描述其流变特性的本构方程有多种形式。文中采用的基本模型是幂率模型。介绍了一般流体之间界面稳定性分析的一般方法。着重阐述磁流体密封液体中动力学界面的稳定性分析方法,并导出其界面稳定性的判据。在一般情况下,磁流体的界面张力和重力对界面有致稳作用,这与普通流体的Kelvin-Helmholtz界面稳定性现象一致。因此,当磁流体用于密封液体时,轴转速高对密封非常不利。增大磁流体与被密封液体的密度差,减小其速度差可提高界面稳定性。先介绍了实验方案的设计及实验装置的设计,然后阐述了与界面稳定性有关的实验及参数测试,包括磁场分布测量、磁流体与被密封液体的不相溶性实验等,为界面稳定性实验的分析提供依据;最后,进行磁流体与被密封液体间的动力学界面稳定性实验,观察实验中出现不稳定现象的形成过程并进行分析。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

框图,磁流体,溶液

选用适当的碱性沉淀剂进行共沉淀，通过控制工艺条件可得到能优良的 Fe3O4颗粒，其工艺过程较繁琐，涉及到磁性粉体的获取、表面活性与基液的确定、制备方式的选择等。有关磁流体的制备工艺研究很多。本文用的磁流体制备框图如图 2-1 所示。磁流体具体制备过程主要如下：)溶液配制：准备配制浓度为 0.5mol/l 的 2 价铁(硫酸亚铁）溶液及 3 价铁盐硫酸铁）溶液 250ml、浓度为 6mol/l 的氢氧化钠溶液 250ml、6mol/l 的盐酸液。先后用天平称取所需的原料，分别倒入烧杯里并加入蒸馏水溶解配制。)预加热恒温水箱中的水至 80 +1℃。)根据化学反应式确定的硫酸亚铁、硫酸铁及氢氧化钠的理论摩尔比，先用量量取 0.5mol/l 的 FeSO4、Fe2（SO4）3溶液各 100ml 倒入烧杯中混合。然后量 100ml 蒸馏水和过量的 25%以上浓度的氢氧化钠溶液，例如量取 6mol /l 的aOH 溶液 75ml，并量取表面活性剂（油酸）19 ml 备用。)将混合好的 FeSO4、 Fe2（SO4）3溶液、NaOH 溶液以及表面活性剂溶液分别放恒温水浴中恒温至 80 +1°C（用温度计测量烧杯溶液的温度）。

磁场分布,磁极结构

磁场利用率减小。磁极的斜角或半锥角同样影响磁场分布。为了便于组装以尽可能保证与转轴同轴，磁极外圆的设计及加工精度相对要求高些。以第三第四章的理论分析为基础，同时考虑机械加工上的方便，进行磁极的几何尺设计。两种磁极的结构如图 6-1 所示。国博士学位论文全文数据库 2011年第05期工程科技Ⅱ辑

密封件,实验装置,玻璃管

图 6-2 密封件Figure 6-2 Seal component的装配和实验带来很大的麻烦。由于圆形管道内的流体运目前方形管道内的流体运动形态分析尚未见报道，故用圆形能与第四、第五章的理论分析提出的假设条件相符，玻璃玻璃管内径=30mm，外径=32mm。为了与本实验装置中的管径能再小些更好，但市场上无相应规格。对玻璃管作必接的方法与其它结构相联接。章所述的已备磁流体材料外，实验系统的其它附件器材有摄像机、辅助光源、粘接剂、数字特斯拉计、数字密度计统等。因不是一次性实验而是多次反复实验，故对于选用的不能太高，以免再次实验不能方便脱粘。显然，玻璃管粘用来得方便。流体填充量隙内的磁流体填充量直接关系到密封能力和密封可靠性。

【参考文献】