Способ определения устойчивости магнитных коллоидов

(51) ТЕ и агрегаллоидов, является способа, 586,рительном канале осле его эаполнеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро "Полюс" при Ивановском энергетическом институте им, В,И. Ленина (72) Ю.А, Михалев и А,М. Земляков (53) 535.434(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР М 922586, кл. 6 01 й 7/10, 1982.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ МАГНИТНЫХ КОЛЛОИДОВ (57) Изобретение относится к коллоидной химии и позволяет расширить функциональные возможности за счет определе. ния агрегативной устойчивости наряду с кинетической. Магнитный коллоид помещают в измерительный канал, в котором создаИзобретение относится к ко химии, в частности к способу оцен тивной устойчивости магнитных к например магнитных жидкостей, и усовершенствованием известного описанного в авт. св. СССР М 92 Целью изобретения является расширеие функциональных возможностей за счет пределения агрегативной устойчивости чатиц в пробе из магнитного коллоида наряду кинетической.На фиг. 1 изображено устройство для пределения.агрегативной устойчивости агнитного коллоида; на фиг, 2 - зависиость относительного изменения концентации ферромагнитных частиц в коллоиде т времени нахождения его в иэмерительом канале; на фиг. 3 - расположение магют неоднородное магнитное поле, измеряют критический перепад давлений, а устойчивость рассчитывают по формуле Л С= = ( Ь Р /Кз) -1, где Ь С - относительное изменение концентраии ферромагнитных частиц в коллоиде; Ь Р - критический перепад давлений; К - постоянная прибора; 1 з - намагниченность насыщения магнитного коллоида, измеренная в однородном магнитном поле, В измерительном канале со.здают постоянное сдвиговое течение магнитного коллоида, а измерение критического перепада давлений и определение устойчивости производят многократно, при, этом определяют скорость повышения устойчивости и по ней судят об устойчивости магнитного коллоида к агрегатированию,3 ил. НИТНОГО КОЛЛ эмечереЯ некотор р мя иния.Устройство для определения устойчивости состоит из кольцевых постоянного 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, полюсная приставка 2, вал 4, другая полюсная приставка 3, обеспечивает наличие неоднородного магнитного поля в измерительном канале. При заполнении измерительного канала магнитным коллоидом последний в неоднородном магнитном поле образует пробку и по удерживаемому ею критическому перепаду ЛР можно Опреде1663512 50 55 лить относительное изменение концентра-,ции Л С в магнитном коллоиде с помощьюрасчетной формулыд рЬС= - 1,Кз5где К - постоянная прибора;1 з - намагниченность насыщения магнитного коллоида, измеренная в однородном магнитном поле.Величина, обратная относительномуизменению концентрации, определяетустойчивость магнитного коллоида. Еслиустойчивость магнитного коллоида определять при сдвиговом течении через промежутки времени, то получим зависимостьизменения объемной концентрации магнитных частиц в пробке от времени выдержкимагнитного коллоида в измерительном канале, представленную на фиг. 2, из которой следует, что изменение концентрациивначале увеличивается, достигает максимальной величины, а затем уменьшается,Повышение концентрации магнитных частиц в пробке с увеличением выдержки магнитного коллоида в измерительном каналесвязано с кинетической неустойчивостьюмагнитных коллоидов в сильном и неоднородном магнитном поле. Повышение устойчивости связано с агрегацией частиц, аскорость повышения характеризует агрегативную устойчивость, Это можно объяснитьследующим, При сдвиговом течении магнитного коллоида упорядоченная структурамагнитных частиц, обусловленная межчастичным взаимодействием, разрушаетсяпод действием касательных напряжений,При некоторой скорости течения в измерительном канале (фиг, 3) имеются две зоны: .статическая 6 с разрушенной структуройи эона 7 ламинарного течения, где поддействием касательных напряжений идетразрушение структуры, образованной магнитными частицами. Высота разрушенияопределяется равенством касательного напряжения и предела текучести магнитногоколлоида От) = Огде 7- касательное напряжение на высоте измерительного канала и. В статической зоне 6 частицы связаны с поверхностью полюсной приставки и между собой молекулярными и магнитными силами, Под действием этих сил со временем происходит деформация и разрушение защитных оболочек частиц и, как следствие, агрегация частиц. Поэтому объемная концентрация частиц в этой зоне увеличивается, а связи между частицами упрочняются, Иэ зоны течения 7 частицы стремятся в область макси-. мального поля, которое имеет место на острие полюсной приставки в статической зоне 6. Этому способствует агрегация частиц, Объемная концентрация частиц в зоне течения 7, а также намагниченность магнитного коллоида понижаются. Критический перепад давлений, удерживаемый пробкой из магнитного коллоида, определяется 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 образования зоны с пониженной концентрацией магнитных частиц, формированию которой способствует агрегация частиц, По скорости повышения устойчивости (скорости снижения концентрации частиц в зоне течения) судят об агрегативной устойчивости магнитного коллоида, Чем больше скорость повышения устойчивости, тем ниже агрегативная устойчивость магнитного коллоида,Течение магнитной жидкости перестает быть сдвиговым при повышении частоты. вращения цилиндра, когда появляются нормальные напряжения, образующие вихревые потоки Тейлора. Граница режимов течения определяется числом Тейлора 1,Такр - " б дЗ = 41,21/где акр - критическая угловая скорость вращения цилиндра;Ч - кинематическая вязкость магнитной жидкости;г - радиус цилиндра;д - зазор между цилиндрами.Оценка числа Тейлора для измерительного канала с зазором между цилиндрами д = 0,1 мм, радиусом вращающегося цилиндра г = 10 мм, угловой скоростью а = - 3,14 с и вязкостью МЖ р = 10 м /с = = 10 мм 2/с дает Тв= 0 60 0,1:0,0314Поскольку Та Та кр, то вихревых потоков нет, и течение магнитной жидкости является сдвиговым,Критическая скорость вращения для этого измерительного канала при и = 10 мм /с составляет Мр- . - 4120 с Т 412 10Таким образом, сдвиговым является течение, если 0 в вкр,Критическая угловая скорость акр зависит от вязкости магнитной жидкости и размеров измерительного канала.П р и м е р. Определение устойчивости магнитных коллоидов проводили в уСтройстве, представленном на фиг. 1. Магнитный коллоид в объеме 0,3 см помещали. в измезрительный канал с неоднородным магнитным полем, имеющим максимальную величину напряженности 1,1 МА/м и градиент 330 МА/м, включали привод враще 2ния вала (диаметр вала 20 мм, угловая скорость 3,14 рад/с), многократно измеряли критический перепад давлений в течение 48 ч через промежутки времени и рассчитывали относительное изменение концентрации магнитных частиц в коллоиде по формулеЛРЬС =-1,К згде Ь С и Л Р - относительное изменение концентрации магнитных частиц и критический перепад давлений через промежуток времени после помещения магнитного коллоида в измерительный канал, К = 1,2 ТЛ - постоянная прибора,э - намагниченность насыщения магнитного коллоида,Затем из имеющихся значений Ь С определяли максимальное относительное изменение обьемной концентрации частиц аСаахс и соответствующее ему время 1 гпахс, После до с тижения Ь Смакс относительное изменение концентрации частиц умен ьшается (фиг. 2), что соответствует снижению концентрации частиц в зоне течения. Определяем скорость снижения относительной концентрации частиц в зоне течения (скорость повышения устойчивости) по формуле. Смакс Ь СиЧа1 и - Смаксгде ти - время испытаний (в нашем случаети = 48 ч),ЬСи - относительное изменение объемной концентрации частиц через промежуток времени ти и после помещения магнитного коллоида в измерительный канал30 ную устойчивость, которая определяет качество магнитных коллоидов и основные 35 40 45 50 5 10 15 20 25(в нашем случае Ъ = 48 ч). Чем больше Ч 8, тем меньше агрегативная устойчивость магнитного коллоида.Результаты испытаний четырех магнитных коллоидов, приготовленных на кремнийорганической 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 4. поскольку имеет минимальное значение Ь стах. По агрегативной устойчивости магнитные коллоиды 2 и 3 очень резко отличаются, магнитный коллоид 3 имеет самую высокую агрегативную устойчивость, так как Ча =О.Испытания работоспособности магнитных коллоидов в магнитожидкостных уплотнениях (МЖУ) показали, что их ресурс в основном определяется их агрегативной устойчивостью (табл.). Таким образом, применение предлагаемого способа определения устойчивости магнитных коллоидов позволяет дополнительно оценить их агрегативих эксплуатационные характеристики в различных устройствах. Формула и зоб рете ни я Способ определения устойчивости магнитных коллоидов по авт. св. М. 922586, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения агрегативной устойчивости наряду с кинетической, в измерительном канале создают постоянное сдвиговое течение магнитного коллоида, измерение критического перепада давления и определение относительного изменения концентрации магнитных частиц осуществляют многократно с последующим определением скорости снижения относительного изменения концентрации частиц, по которой судят об устойчивости магнитно;о коллоида к агрегатированию,Производственно комбинат "Патент", г, Ужг агарина, 10 ельск Заказ 2261 Тираж 383 ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ ССшская наб., 4/5