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磁流体密封液体中动力学界面稳定性的研究

钱济国  
【摘要】: 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。


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