SU1663512A1

SU1663512A1 - Способ определени устойчивости магнитных коллоидов

Info

Publication number: SU1663512A1
Application number: SU884495091A
Authority: SU
Inventors: Юрий Олегович Михалев; Ардалион Михайлович Земляков
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1991-07-15

Abstract

Изобретение относитс к коллоидной химии и позвол ет расширить функциональные возможности за счет определени агрегативной устойчивости нар ду с кинетической. Магнитный коллоид помещают в измерительный канал, в котором создают неоднородное магнитное поле, измер ют критический перепад давлений, а устойчивость рассчитывают по формуле ΔС = (ΔРЪ/K^.J_S) - 1, где ΔС - относительное изменение концентрации ферромагнитных частиц в коллоиде

ΔРЪ - критический перепад давлений

K - посто нна прибора

J_S - намагниченность насыщени магнитного коллоида, измеренна в однородном магнитном поле. В измерительном канале создают посто нное сдвиговое течение магнитного коллоида, а измерение критического перепада давлений и определение устойчивости производ т многократно, при этом определ ют скорость повышени устойчивости и по ней суд т об устойчивости магнитного коллоида к агрегатированию. 3 ил.

Description

Изобретение относитс к коллоидной химии, в частности к способу оценки агрегативной устойчивости магнитных коллоидов, например магнитных жидкостей, и вл етс усовершенствованием известного способа, описанного в авт. св. СССР № 922586.

Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет определени агрегативной устойчивости частиц в пробе из магнитного коллоида нар ду с кинетической.

На фиг. 1 изображено устройство дл определени агрегативной устойчивости магнитного коллоида; на фиг. 2 - зависимость относительного изменени концентрации ферромагнитных частиц в коллоиде от времени нахождени его в измерительном канале; на фиг. 3 - расположение магнитного коллоида в измерительном канале через некоторое врем после его заполнени .

Устройство дл определени устойчивости состоит из кольцевых посто нного магнита 1 и полюсных приставок 2 и 3, концентрично охватывающих вал 4 и образующих кольцевой измерительный канал между валом и одной из полюсных приставок 2, заполненный магнитным коллоидом 5. Магнитный ноток Ф проходит по пути; магнит 1, полюсна приставка 2, вал 4, друга полюсна приставка 3, обеспечивает наличие неоднородного магнитного пол в измерительном канале. При заполнении измерительного канала магнитным коллоидом последний в неоднородном магнитном поле образует пробку и по удерживаемому ею критическому перепаду АР можно опредеО

о

GO С7

N:

к:

лить относительное изменение концентрации А С в магнитном коллоиде с помощью расчетной формулы ЛР1

где К - посто нна прибора;

Is - намагниченность насыщени магнитного коллоида, измеренна в однородном магнитном поле.

Величина, обратна относительному изменению концентрации, определ ет устойчивость магнитного коллоида. Если устойчивость магнитного коллоида определ ть при сдвиговом течении через промежутки времени, то получим зависимость изменени объемной концентрации магнитных частиц в пробке от времени выдержки магнитного коллоида в измерительном канале , представленную на фиг. 2, из которой следует, что изменение концентрации вначале увеличиваетс , достигает максимальной величины, а затем уменьшаетс . Повышение концентрации магнитных частиц в пробке с увеличением выдержки магнитного коллоида в измерительном канале св зано с кинетической неустойчивостью магнитных коллоидов в сильном и неоднородном магнитном поле. Повышение устойчивости св зано с агрегацией частиц, а скорость повышени характеризует агрега- тивную устойчивость. Это можно объ снить следующим. При сдвиговом течении магнитного коллоида упор доченна структура магнитных частиц, обусловленна межчастичным взаимодействием, разрушаетс под действием касательных напр жений, При некоторой скорости течени в измерительном канале (фиг. 3) имеютс две зоны: статическа 6 с разрушенной структурой и зона 7 ламинарного течени , где под действием касательных напр жений идет разрушение структуры, образованной магнитными частицами. Высота разрушени определ етс равенством касательного напр жени и предела текучести магнитного коллоида

r(h) to,

где т- касательное напр жение на высоте измерительного канала h. В статической зоне 6 частицы св заны с поверхностью полюсной приставки и между собой молекул рными и магнитными силами. Под действием этих сил со временем происходит деформаци и разрушение защитных оболочек частиц и, как следствие, агрегаци частиц. Поэтому объемна концентраци частиц в этой зоне увеличиваетс , а св зи между частицами упрочн ютс . Из зоны те

чени 7 частицы стрем тс в область максимального пол , которое имеет место на острие полюсной приставки в статической зоне 6. Этому способствует агрегаци частиц.

Объемна концентраци частиц в зоне течени 7, а также намагниченность магнитного коллоида понижаютс . Критический перепад давлений, удерживаемый пробкой из магнитного коллоида, определ етс перепадом , при котором происходит пробой менее прочной зоны - зоны 7 с пониженной намагниченностью. Поэтому в сдвиговом течении происходит снижение критического перепада давлений, удерживаемого пробкой из магнитного коллоида из-за образовани зоны с пониженной концентрацией магнитных частиц, формированию которой способствует агрегаци частиц. По скорости повышени устойчивости {скорости снижени концентрации частиц в зоне течени ) суд т об агрегативной устойчивости магнитного коллоида. Чем больше скорость повышени устойчивости, тем ниже агрегативна устойчивость магнитного коллоида.

Течение магнитной жидкости перестает быть сдвиговым при повышении частоты, вращени цилиндра, когда по вл ютс нормальные напр жени , образующие вихревые потоки Тейлора. Граница режимов течени определ етс числом Тейлора 1.

,2

акругде Шкр - критическа углова скорость вращени цилиндра;

V - кинематическа в зкость магнитной жидкости;

г - радиус цилиндра; д - зазор между цилиндрами.

Оценка числа Тейлора дл измерительного канала с зазором между цилиндрами д 0,1 мм, радиусом вращающегос цилиндра г 10 мм, угловой скоростью У 3,14 и в зкостью МЖ v м2/с 10 мм2/с дает

Та V10 -0,,0314

Поскольку Та « Та кр, то вихревых потоков нет, и течение магнитной жидкости вл етс сдвиговым.

Критическа скорость вращени дл этого измерительного канала при v 10 мм2/с составл ет

41.2-10

VlO-0,13

4120с

-1

Таким образом, сдвиговым вл етс течение , если 0 0) Шкр.

Критическа углова скорость зависит от в зкости магнитной жидкости и размеров измерительного канала.

Пример. Определение устойчивости магнитных коллоидов проводили в устройстве , представленном на фиг. 1. Магнитный коллоид в объеме 0,3 см помещали в измерительный канал с неоднородным магнитным полем, имеющим максимальную величину напр женности 1,1 МА/м и градиент 330 МА/м2, включали привод вращени вала (диаметр вала 20 мм, углова скорость 3,14 рад/с), многократно измер ли критический перепад давлений в течение 48 ч через промежутки времени и рассчитывали относительное изменение концентрации магнитных частиц в коллоиде по формуле

дс М-где Д Ci и Л PI - относительное изменение концентрации магнитных частиц и критический перепад давлений через I промежуток времени после помещени магнитного коллоида в измерительный канал, К 1,2 ТЛ - посто нна прибора, Is - намагниченность насыщени магнитного коллоида.

Затем из имеющихс значений Д Ci определ ли максимальное относительное изменение объемной концентрации частиц дСлпахс и соответствующее ему врем tmaxc. После достижени Д Смаке относительное изменение концентрации частиц уменьшаетс (фиг. 2), что соответствует снижению концентрации частиц в зоне течени . Определ ем скорость снижени относительной концентрации частиц в зоне течени (скорость повышени устойчивости) по формуле

ДСиакс-ДСц

Va

tn 1макс

где Ти - врем испытаний (в нашем случае tM - 48 ч).

ДСи относительное изменение объемной концентрации частиц через промежуток времени Ти и после помещени магнитного коллоида в измерительный канал

(в нашем случае tu 48 ч). Чем больше V8, тем меньше агрегативна устойчивость магнитного коллоида.

Результаты испытаний четырех магнитных коллоидов, приготовленных на крем- нийорганической дисперсионной среде, в двух из которых диспергировано железо с размером частиц около 5 нм, а в остальных магнетит с размером частиц 10 нм, представлены в таблице.

Приведенные данные показывают, что по кинетической устойчивости магнитные коллоиды 2 и 3 близки друг к другу, а наиболее высокой кинетической устойчивостью

обладает магнитный коллоид А. поскольку имеет минимальное значение . По агрегативной устойчивости магнитные коллоиды 2 и 3 очень резко отличаютс , магнитный коллоид 3 имеет самую

высокую агрегативную устойчивость, так как Va 0.

Испытани работоспособности магнитных коллоидов в магнитожидкостных уплотнени х (МЖУ) показали, что их ресурс в

основном определ етс их агрегативной устойчивостью (табл.). Таким образом, применение предлагаемого способа определени устойчивости магнитных коллоидов позвол ет дополнительно оцечить их агрегативную устойчивость, котора определ ет качество магнитных коллоидов и основные их эксплуатационные характеристики в различных устройствах.

Claims

Формула изобретени

Способ определени устойчивости магнитных коллоидов по авт. ев № 922586, о т- личающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей за счет определени агрегативной устойчивости нар ду с кинетической, в измерительном канале создают посто нное сдвиговое течение магнитного коллоида, измерение критического перепада давлени и

определение относительного изменени концентрации магнитных частиц осуществл ют многократно с последующим определением скорости снижени относительного изменени концентрации частиц, по которой суд т об устойчивости магнитного коллоида к агрегатированию.

Физ.1