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铁磁流体力学概述

2022/07/16116 作者:佚名
导读:铁磁流体是把经过表面活性剂处理过的超细铁磁粒子均匀分散在流体载体中而构成的混合液。为使其中的铁磁粒子在重力、离心力(见相对运动)和强磁场长期作用下不凝聚、不沉淀,铁磁粒子的直径应小于15纳米,表面活性剂厚度和粒子直径之比应不小于0.2,粒子的数密度约为1017~1018厘米-3。这样就可把铁磁流体看作连续介质。按流体载体的导电性能,铁磁流体可分为导电的(流体载体为水银、镓合金等等)和不导电的(流体

铁磁流体是把经过表面活性剂处理过的超细铁磁粒子均匀分散在流体载体中而构成的混合液。为使其中的铁磁粒子在重力、离心力(见相对运动)和强磁场长期作用下不凝聚、不沉淀,铁磁粒子的直径应小于15纳米,表面活性剂厚度和粒子直径之比应不小于0.2,粒子的数密度约为1017~1018厘米-3。这样就可把铁磁流体看作连续介质。按流体载体的导电性能,铁磁流体可分为导电的(流体载体为水银、镓合金等等)和不导电的(流体载体为水、煤油、碳氢化合物、氟化碳等等)两种。

铁磁流体的性质取决于铁磁粒子的磁特性和流体载体的物理特性。与通常固体铁磁体不同,铁磁流体具有超顺磁性:有外加磁场时,立即显示强磁性;去掉外加磁场时,则整体去磁。铁磁流体的磁化强度M(表征介质磁性“强度”的一种尺度)随外加磁场强度H的增加而增大,并趋向饱和磁化强度M3(图1)。在一定外加磁场下,铁磁流体的磁化强度与铁磁粒子的体积浓度成正比。无外加磁场时,铁磁流体的动力粘性系数同铁磁粒子的浓度有关。有外加磁场时,其动力粘性系数随场强增加而增大,并趋向某一定值,其中平行于流动方向v的磁场所引起的粘性系数增值大于垂直于流动方向的磁场所引起的粘性系数增值(图2)。

图1铁磁流体的磁化曲线

图2动力粘性系数同磁场强度和方向的关系

早在18世纪下半叶,英国自然哲学家G.奈特在磁学研究中就意识到铁磁流体的重要性和应用的可能性。他试图将铁粉撒入水中制取铁磁流体,但未成功。20世纪60年代初,S.S.帕佩耳和R.E.罗森斯韦克等明确提出铁磁流体力学理论。帕佩耳首先把铁磁流体用于在失重条件下控制燃料的注入。由于人工制备铁磁流体获得成功,铁磁流体的应用迅速向各科技领域渗透,铁磁流体力学的理论和实验研究才取得进展。

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