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纳米磁性液体悬浮性能的研究

袁青鑫  
【摘要】:磁性液体在磁场中不仅具有固体磁性材料的磁性,还具有液体的流动性,是一种对磁场敏感的新型功能材料。其功能主要体现在外磁场作用下具有阻尼、传热和靶向性等特性,已在航天航空、机械密封、阻尼等领域得到广泛的应用,同时也在光电子器件、生物医疗等高尖端领域得到深入发展。 纳米磁性颗粒在磁性液体中呈均匀分布,在外磁场的作用下其均匀分布状态被改变,磁性颗粒的磁矩由无序转为有序,颗粒沿磁感线方向呈链状排列,随着磁场的增强颗粒间距变小。处于非均匀梯度磁场的作用下磁性颗粒在不同液层中所占的体积分数不同,从而改变了磁性液体的不同液层密度,宏观上表现为悬浮特性。 对有、无外磁场作用下磁性液体中纳米颗粒的受力情况进行分析,由磁性液体的动力学方程推导出修正的流体伯努利方程,在不同属性(非均匀或均匀、方向)的磁场条件下得出磁性液体表观密度的理论计算公式。 采用自行研制的磁性液体表观密度测量仪和磁性液体纳米颗粒空间分布智能测试仪,测量磁性液体在不同磁场强度、磁场梯度和不同液层的表观密度值。阐明磁性液体表观密度是其悬浮性能的一个重要量度。揭示出磁性液体的悬浮性能与磁场强度、磁场梯度和磁场回路有关。并从磁性液体界面不稳定现象解释磁性液体在外磁场作用下的表观密度变化和液体的内部状态。 采用磁沉浮演示仪测出磁性液体在强磁场作用下对不同密度的非铁磁性物体(铝块、紫铜、铅块等)的悬浮性能,阐明了磁性液体悬浮特性的影响因素。另外,采用磁性液体沉浮演示仪测得磁性液体在非均匀梯度磁场下的温度变化情况,揭示了磁性液体在非均匀梯度磁场下的磁热效应。 磁性液体的悬浮性能不仅能实现物体的分选和分离,而且可以应用到污水处理领域。本论文的研究目的是为磁性液体在分选、分离和污水处理方面进一步完善基础理论,促使磁性液体的终端产品及设备快速发展和实际应用。


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