Введение к работе
Актуальность темы. Впервые идея воздействовать на магнитную жидкость вращающимся полем возникла у Московица и Розенцвейга в 1967 году. Они обнаружили, что в диэлектрической магнитной жидкости, помещенной во вращающееся поле, возникает макроскопическое движение. В дальнейшем эффект увлечения магнитной жидкости вращающимся полем получил иазвшше ротационного. В работе Московица и Розенцвейга была сделана и первая попытка объяснить наблюдаемое явление. Вскоре Зайцев и Шлиомис (1969) показали несостоятельность первых теоретических построений. Однако и их расчеты не смогли описать экспериментальные результаты: расхождение между расчетными и экспериментальными данными достигало трех- четырех порядков! К началу девяностых годов число теорий, претендующих на описание гидродинамики магнитных жидкостей, возросло до пяти, но ни одна из них не была способна объяснить хотя бы основные черты явления. Большинство экспериментальных работ носило наблюдательный характер, а их результаты также были противоречивы из-за большого числа неконтролируемых параметров. Не ясны были даже причины, по которым в одних опытах жидкость закручивалась по полю, а в других - против поля.
Таким образом, исследование ротационного эффекта представляло интерес по нескольким причинам : во-первых - это общий интерес к природе непонятных явлений; во-вторых, среди множества теорий, претендующих на описание гидродинамики магнитных жидкостей, путем сопоставления с экспериментами можно было бы отобрать наиболее совершенную; и, в третьих, есть надежда, что правильное понимание физической природы ротационного эффекта позволит использовать его на практике. Об этом задумывались уже сами авторы эффекта, предлагавшие создать на основе ротационного эффекта центробежный насос, не содержащий движущихся частей.
Целью работы является экспериментальное исследование ротационного эффекта в магнитных жидкостях с целью выяснения природы явления и проверки существующих теоретических моделей, описывающих гидродинамику магнитных жидкостей.
Научная новизна диссертации заключается в том, что впервые :
Измерены моменты сил, действующие на диэлектрический цилиндр, погруженный в магнитную жидкость, и скорость его вращения в зависимости от амплитуды внешнего поля, размеров цилиндра и магнитной восприимчивости жидкости.
Показано, что тензор напряжений, полученный ранее М.И. Шлиоми-сом для модельной монодисперсной магнитной жидкости с вмороженными магнитными моментами, может быть с успехом использован для расчета напряжений в реальных условиях.
Найдено аналитическое решение задачи о моменте сил, закручивающем диэлектрический цилиндр в магнитной жидкости под действием вращающегося поля.
Экспериментально доказано, что в области слабых полей и низких частот вращения поля доминирующую роль в ротационном эффекте играют магнитные касательные напряжения на границе жидкости. Объемные пондеромоторные силы несущественны.
Экспериментально исследован ротационный эффект в вертикальном цилиндре малой высоты.
Экспериментально изучено течение магнитной жидкости в длинном вертикальном канале при высоких частотах вращающегося поля.
Экспериментально исследован ротационный эффект в подмагничи-вающем поле.
Автор защищает результаты измерений магнитных свойств ферро-коллоидов; экспериментальные результаты по вращающим моментам, действующим на погруженное в магнитную жидкость тело; ротационному эффекту в системе коаксиальных цилиндров и в коротком вертикальном цилиндре; предложенный механизм ротационного эффекта, аналитические расчеты касательных напряжений на свободной поверхности жидкости во вращающемся поле.
Практическая ценность. Практическая ценность диссертации состоит прежде всего в демонстрации того, что уравнения феррогидродинамики, записанные с учетом неравновесностн намагниченности, позволяют адекватно описать течение магнитной жидкости в переменном поле. Результаты работы могут быть использованы при разработке устройств, основанных на воздействии переменных магнитных полей на магнитную жидкость. В период с 1987 по 1991 гг. работа выполнялась в рамках госбюджетной темы "Исследование физических свойств магнитных жидкостей и ферросуспензий и разработка устройств на их основе", проводимой ИМСС УрО РАН по постановлению ГКНТ СССР по науке и технике № 485 от 14.11.1986. В дальнейшем исследования по ротационному эффекту проводились в рамках госбюджетной темы ИМСС УрО РАН "Физические свойства и гидродинамика магнитных жидкостей" № 01.9.20.019506.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на:
4 и 5 Всесоюзных совещаниях по физике магнитных жидкостей (Душанбе, 1988; Пермь, 1990).
5 и 6 Международных конференциях по магнитным жидкостям (Рига, 1989; Париж, 1992).
13 Рижском совещании по магнитной гидродинамике (Саласпилс, 1990).
- Международном симпозиуме по тепло-массообмену в невесомости
(Пермь-Москва, 1991).
- 10-ой Зимней Школе по механике сплошных сред (Пермь, 1995).
- Пермском гидродинамическом семинаре (руководитель проф. Г.З. Гер-шунн, Пермь, 1990,1996 гг.)
Публикации. Результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 12 работах, из которых 6 работ в рецензируемых журналах.
Струїсгура и объем. Диссертация состоит из введения, 4 глав основного текста, заключения и списка цитированной литературы. Глава 1 носит обзорный характер, остальные главы описывают оригинальные исследования, проведешше автором. Работа иллюстрирована 25 рисунками; список литературы содержит 78 наименований; общий объем диссертации 140 страниц.
