文摘
提出了数字全息显微术在这项研究中,它可以测量磁流变(MR)流体在不同粒子的体积分数和不同磁场强度。基于链式结构的磁性粒子在磁场的作用下,剪切屈服应力之间的关系,磁场大小和体积分数的先生建立了流体在两个平行的光盘。先生在这个实验中,我们选择三流体样品检查先生流体的流变特性,获得流体先生的材料参数与测试设备;结论是有效的。
1。介绍
磁流变(MR)液体是微米大小的悬浮液,可磁化的粒子在载体流体合成油、硅油等,这被认为是智能材料,应对一个应用磁场变化的流变特性。在缺乏一个应用磁场的情况下,流体表现出牛顿先生的行为。应用磁场后,两个诱导偶极子之间的极化导致先生液体中的悬浮粒子形成一个连锁组织与应用磁场的方向。磁链结构改变悬浮液的流变特性。改变应用磁场强度的精确和比例控制流体的剪切屈服强度(1,2]。基于力学特性,可以使用液体的可控阻尼器等耗能应用(3,4)、阀门(5,6),和离合器和刹车7,8]。
实验表明,许多其他因素影响,流体的宏观性质。它主要包括应用磁场强度大小和等级,属性和粒子的体积分数;携带液和添加剂的特性。诺玛et al。9)发现,铁纳米粒子合成电弧等离子体方法表现出高饱和磁化和液体先生可能是有用的。Ekwebelam看看(10]探索屈服行为和增强应激反应表现出了bidisperse MR流体单分散的系统。他发现bidisperse悬浊液的应力增强可能是由于人口和取向bidisperse互动大颗粒的悬浮液。张成泽et al。11]研究了磁流变液在磁场下的行为模式使用Lekner求和方法。Pacull et al。12]研究了极性相互作用的影响的magnetorheology silica-coated磁铁矿悬浮液在石油媒体报道。他建议不可忽视的界面交互先生负责的缺席影响疏水样本和低屈服应力在亲水悬浮液。解决羰基铁(CI)的沉积流体先生方et al。13]介绍了纤维单壁碳纳米管(碳)羰基铁(CI)悬架作为添加剂。
2。链先生流体的特征
2.1。链的过程
磁场时,磁粒子在流体先生正在有序,使悬浮粒子相互吸引在磁力的作用下沿着磁场方向形成一个连锁组织;同时先生的连锁过程流体发生,如图1。粒子的分布流体先生没有磁场图所示1(一),动态屈服应力为零。链式结构的粒子在流体先生磁场图所示1 (b)。图1 (c)显示的数量和直径链将会增加应用磁场和动态屈服应力和表观粘度的流体先生也增加。图1 (d)先生表明,快速液体复苏和响应时间只有几毫秒时,应用磁场消失了。
(一)
(b)
(c)
(d)
图2显示了先生的记录全息图的实验装置的液体。实验条件如下:像素数量;的像素大小电荷耦合装置(CCD)相机μm;波长纳米;客观的放大。
全息图和重建的图像校准目标如图3。从图3 (b)之间的长度,我们可以很容易的获得两个毕业行基于计算像素的数字。因为校准目标的实际规模是50μ米,和实际可以计算(13]。
(一)全息图
(b)重建图像
在强磁场应用于液体,微粒将极化和像链沿磁场方向保持一致。连续全息图应用磁场下的液体先生被CCD和建筑的图像编码链配置如图4。数据也表明微粒的变换过程链的磁场。链接过程沿磁场方向的,也就是说,液体先生磁场的响应速度,很容易计算。
2.2。剪切屈服应力
为了分析剪切屈服应力之间的关系和磁场大小,MR流体的体积百分率。链偶极子模型的假设如下。(1)粒子的有序排列后磁偏振和链式结构稳定。所有的粒子稳定链中占据一个固定的位置。(2)形成的单链颗粒随着磁场的方向。链平行于磁场方向,其长度等于两个板块之间的距离。几何所有的连锁店是相同的,所以任意链的分析结果可以代表别人。(3)相邻粒子链之间的作用力是相等的,介绍了连锁的抗拉强度。(4)相邻颗粒磁化和变成偶极子。粒子的中心线的方向平行于磁场。(5)粒子的相互作用力决定连锁的力量。当作用力大于粒子之间的相互作用力,链了。当剪切应力是垂直于磁场的方向,链条拉长,厉声说。(6)粒子被认为是圆球体和制服。
剪切屈服应力的分析模式,如图5,在那里代表两平行板之间的距离是外力(14]。底部板是固定的,和外部力量应用于上盘。当剪切应力是垂直于磁场方向,链将变形和破坏。的表示单位面积下的剪切屈服应力。之间的关系和表示由,在那里代表的中心线的夹角链和磁场方向,如图5。
应用磁场,单一磁粉先生流体磁化并形成偶极子。的代表的偶极矩可以表示如下(15]: 在哪里是真空的渗透性,磁性粒子的平均体积,,磁化强度: 在哪里磁化率和吗是磁场强度。
偶极子的磁极强度可以表示如下:
偶极子的距离是由任意两个磁性粒子在同一链 在哪里的平均值之间的差距两个相邻粒子链。
粒子的平均作用力值在同一个链可以表示如下:
先生的剪切屈服应力流体在磁场中 在哪里代表平板的面积。
链在单位面积的数量可以表示如下: 在哪里磁性粒子的体积分数在流体和先生。
结合(1),(3),(4)和(6),先生的剪切屈服应力流体在磁场分布表达如下: 在哪里代表先生流体的相对磁导率,,代表粒子的平均数量在每一个链,和。
屈服应力的理论值和实验值与应用磁场强度如图6。磁性粒子均匀圆球体的流体先生。假设°,,Tm /。相对磁导率之间的关系和应用磁场强度可以绘制,如图7。如图6实验值,理论值满意,先生的屈服应力流体与应用磁场和增加它的价值可以由应用磁场控制。
3所示。先生流体的流变特性
3.1。测试设备
先生的流变特性性能实验装置流体在两个光盘如图8。基于这个测试系统,传动力矩之间的液体先生两个光盘在零磁场下和不同的应用磁场进行了分析。液体先生的剪切速率两个光盘可以调节电机测试系统。应用磁场强度可以控制线圈的电流。所有参数实时测量系统的高斯计,速度和转矩传感器。
(一)
(b)
3.2。测试原理
先生的实验系统流体属性的两个并行磁盘,如图8,以下假设:流体是不可压缩的。没有在径向和轴向流动,但只有切向流。先生流体的流速是半径的函数。先生的厚度方向流体的压力是恒定的。磁场的强度差距的激活区域分布。在圆柱坐标(),流速的分布 在哪里,,液体的流速在吗方向,方向,分别为方向;是流体的旋转角速度的吗方向。角速度的功能是协调。
流体剪切应变率可以近似如下: 在哪里是速度旋转的磁盘。扭矩通过两个并行磁盘之间的流体先生通过集成先生流体的剪切应力计算如下: 在哪里和是有效的内外半径的转子盘流体暴露于磁场,先生。基于积分中值定理,扭矩在(11)可以表示如下: 在哪里是样品的剪切应力。当,等于压力位于,大约。使用(10)和(12)之间的关系和可以通过测量扭矩和速度。
3.3。测试结果
在这个实验中,我们选择流体样品MRM1先生MRM2,和MRM3检查理论,如表所示1。然后我们对结果进行比较。
当磁位移很小,如图9,磁粉还远未达到磁饱和和剪切应力迅速增加。随着磁感应强度的增加,曲线逐渐变得缓慢。这主要是因为不同的固体magnetisability铁磁性粒子。我们必须增加应用磁场强度以获得一个更大的剪切应力。如果磁感应强度足够大,颗粒逐渐达到磁饱和,粒子相互作用达到极值,剪切应力在这个时候不会增加与磁感应强度和趋于一个稳定值。
粒子体积百分比指分散相的体积占据的比例的固体颗粒流体先生。如图10所示,剪切应力也增加,当粒子体积分数增加。不是很高的磁场强度,都是呈现近似线性关系。这可以解释为先生流体微观机理。固体颗粒磁成为偶极磁场的作用下。偶极子之间的相互作用形成磁链两个板块。当体积百分比很低,固体颗粒的数量是有限的。在一个磁场,磁链的形成和剪切应力很小。当体积百分率高,磁链数量的增加,甚至形式列或网状结构和剪切应力就会增加。
先生的表观粘度流体剪切应力在一定条件下除以剪切应变率。显然,牛顿流体,表观粘度的动态粘度和粘度的价值是一个常数,独立的剪切应变率。但对流体先生来说,这并非如此。如图11显示,先生的表观粘度流体变化与剪切应变率在不同磁感应强度。表观粘度随剪切应变率增大而减小和一开始迅速下降,然后趋于平稳。
4所示。结论
为了预测先生流体在磁场下的力学性能和剪切应变,链的微观结构在不同磁场强度测量。偶极相互作用的链模型建立了流体先生。先生的预测模型的屈服应力流体。屈服应力的影响磁粒子的磁化强度和磁场强度进行了分析,分别。在这个实验中,我们获得剪切应力之间的关系和磁感应强度和粒子体积分数。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金资助(批准号51175532);重庆市自然科学基金重点项目(批准号CSTC, 2011 ba4028);关键项目的中央大学基础研究基金(批准号CDJXS10242206)。