納米磁性液體的粘度及屈服應(yīng)力

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目納米磁性液體粘度及屈服應(yīng)力測試裝置的設(shè)計一、課題來源、研究的目的和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析1.課題來源納米磁性液體又稱磁性液體、磁流體，磁性液體作為一種新型功能材料，是液態(tài)體系、納米材料和現(xiàn)代磁學(xué)技術(shù)的有機結(jié)合，是一種液態(tài)的強磁性材料，具有其它常規(guī)材料和高技術(shù)材料都不具備的一系列獨特的優(yōu)異性能。自上世紀60年代中期問世以來,很多國家對其基礎(chǔ)研究做了大量工作，并在實際應(yīng)用方面取得令人矚目的進展。(1)磁性液體密封是近年來迅速發(fā)展起來的一項新技術(shù)，可以在高速下運行，尤其是在旋轉(zhuǎn)軸密封中具有獨特的優(yōu)越性；(2)磁性液體軸承具有不可重復(fù)誤差小，剛度高，阻尼特性好，對加工精度要求不

2、高等特點；(3)近年來，采用磁性液體研磨對上述各種零件進行精加工達到了比較理想的水平，對高技術(shù)發(fā)展有著重要的意義；(4)磁性液體分離；(5)磁性液體在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用等。這些實際工程應(yīng)用每個都體現(xiàn)了納米磁性液體材料在當(dāng)今科技發(fā)展中的重要性，能提高許多性能，甚至是跨越性的?；谀壳凹{米磁性液體這種新型材料的日益發(fā)展應(yīng)用，測量其主要特性粘度及屈服應(yīng)力就由有其研究的必要性與重要性。2.研究的目的與意義納米磁性液體是借助表面活性劑將納米級的磁性顆粒包覆并均勻分散于載液中而形成的一種穩(wěn)定的“固液”兩相膠體溶液 。在外加磁場作用下，磁性液體會在磁學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)等方面表現(xiàn)出許多特性，其中重要的特性之一便是

3、磁性液體的粘度會隨外磁場的變化而變化。磁性液體的表觀粘度是其流變學(xué)行為的重要衡量指標 ，也是其應(yīng)用的物理基礎(chǔ)之一。因此，磁流體在磁場中表觀粘度的變化規(guī)律是磁流體技術(shù)領(lǐng)域中的一項重要研究內(nèi)容。納米磁性液體的屈服應(yīng)力是磁性液體流變性能的一個重要參數(shù)，代表著磁性液體固化強度的大小，具有重要的試驗研究和工程應(yīng)用意義，是評價磁性液體性能的重要指標之一。磁性液體的屈服應(yīng)力可以隨外場的變化而起明顯變化，并且這種變化使可逆的。如何合理的分析和估計磁性液體的剪切屈服應(yīng)力已知是有關(guān)研究者關(guān)心的焦點。隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的全面調(diào)整，新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，需不斷進行技術(shù)改造，實現(xiàn)產(chǎn)品更新?lián)Q代。在

4、不斷的技術(shù)改造過程中，新設(shè)備、儀器和工藝技術(shù)被廣泛采用，通訊、電子、航天業(yè)飛速發(fā)展，這種新型材料納米磁性材料逐漸被世人所采用，越來越多的研究開始轉(zhuǎn)向這種材料的研究與應(yīng)用，它所特有的物理特性成為其他材料所不能代替的重要因素。研究的意義在于簡單準確地測得納米磁性液體粘度及屈服應(yīng)力的值后，對于其在實際工程應(yīng)用中，如在振動方面，就能體現(xiàn)優(yōu)越的實用方面。這次的研究雖然處于基礎(chǔ)的階段，但對于納米磁性液體粘度及屈服應(yīng)力的測試裝置這一領(lǐng)域還是有一定促進幫助的，本文明確的測試裝置的尺寸與具體結(jié)構(gòu)。3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析納米磁性液體粘度及屈服應(yīng)力的研究國外的研究起步較早，他們采用不同的方法，從不同的角度研究了磁性

5、液體粘度及屈服應(yīng)力在外加磁場作用下的變化規(guī)律。近些年來，B.U.Felderhor和M.Shliomis分別相繼提出了多條實驗擬合的粘度計算公式但沒有最終定式，仍在不斷的改進中。目前，磁性液體粘度的研究又出現(xiàn)新的課題，周期變化的振蕩磁場中磁性液體的“表觀零粘度”和“表觀負粘度”現(xiàn)象成為各國科學(xué)家關(guān)注的前沿問題。相對來說，國內(nèi)對磁性液體粘度及屈服應(yīng)力的研究起步較晚，實力相對較弱。鄒繼斌，陸永平等人在納米磁性液體動密封應(yīng)用方面有研究；此外，中國礦業(yè)大學(xué)，南京理工大學(xué)，東北大學(xué)在磁性液體特性方面也有領(lǐng)先的制備工藝及測量粘度及屈服應(yīng)力裝置的技術(shù)。但這些研究與國外有很大的差距，非常有必要加大研究力度。二

6、、主要研究內(nèi)容(1)闡述了納米磁性液體的特性及其應(yīng)用，納米磁性液體的粘度及屈服應(yīng)力測試的研究進展，探討了研究納米磁性液體粘度及屈服應(yīng)力測試的目的與意義。(2)討論了多種納米磁性液體粘度及屈服應(yīng)力測試方法及裝置，選擇了旋轉(zhuǎn)法作為本文測試裝置的原理方法。(3)研究了旋轉(zhuǎn)法的測試原理，結(jié)合直流電機的人為機械特性，得到粘度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。利用永磁體磁場強度的線性關(guān)系，得到粘度在磁場作用下的變化。屈服應(yīng)力的測試依照旋轉(zhuǎn)法的原理，得到剪切應(yīng)力與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，利用直接測量的轉(zhuǎn)矩裝置，測量磁場強度的特拉斯計，求出剪切屈服應(yīng)力。(4)研究了納米磁性液體粘度測試裝置的設(shè)計，包括永磁體的磁路設(shè)計，熱點偶的選擇，內(nèi)外筒幾

7、何尺寸的確定，電動機及串入電阻的選擇等。研究了納米磁性液體屈服應(yīng)力測試裝置的設(shè)計，包括電動機的選擇，特拉斯的選擇，扭矩傳感器的選擇。(5)研究實驗方案的設(shè)計，通過固定其他變量，改變其中一個。改變外加磁場的強度，改變溫度，改變磁性液體含量對納米磁性液體粘度的影響。通過改變線圈中電流大小，對納米磁性液體屈服應(yīng)力的影響。三、實驗方案、實驗方法及預(yù)期達到的目標1. 通過改變粘度測試試驗臺鑲嵌環(huán)上嵌入永磁體的數(shù)量調(diào)節(jié)磁路中工作間隙的磁場強度，測定時該磁性液體粘度隨外加磁場的變化。2. 保持外加磁場強度不變，測試磁性顆粒質(zhì)量分數(shù)為50%的礦物油基Fe3O4磁性液體在2050溫度范圍內(nèi)的粘度變化。這個溫度變

8、化通過恒溫水浴來調(diào)整。3. 保持外加磁場的強度不變，在溫度下，對磁性顆粒質(zhì)量分數(shù)分別為12.5%、25%、33.3%、40%和50%的礦物油基Fe3O4磁性液體粘度變化進行測試。清洗磁性液體時，采用超聲波清洗器。4. 在屈服應(yīng)力試驗裝置中，通過改變線圈中電流強度，仔細觀察磁性液體流動的時刻，記錄下扭矩傳感器的值和特拉斯計的值，測定磁性液體隨外加磁場變化的屈服應(yīng)力。通過相關(guān)理論，在一定實驗條件下能得到磁性液體粘度隨磁場強度的增強而增大，隨溫度的升高而減小，隨磁性顆粒濃度的增大而增大；磁性液體的屈服應(yīng)力隨外加磁場強度的增大而增大。四、完成課題所需的條件、主要困難及解決辦法對納米磁性液體的特性粘度及

9、屈服應(yīng)力的概念及計算方法的了解，需要多參閱有關(guān)磁流體方面的期刊文獻，加入自己的思考因素，得到比較完善的設(shè)計思路。主要困難是理論上的設(shè)計思路與實際情況能否相符。希望能通過實際操作的方法解決。鑒于沒有一定的實驗條件，只能利用相關(guān)理論來初步判斷是否能達到預(yù)期的目標。五、參考文獻1 楊志伊,王坤東.磁場中磁流體粘度測試系統(tǒng)的實現(xiàn)J .機械工程材料 ,2003 ,卷號(27) :22-25 .2 王健.鐵磁流體的制備方法和粘度測量D .南京 :南京理工大學(xué) ,2005 .3 胡大為.弱磁場輔助氧化共沉淀合成納米Fe3O4顆粒及其磁流體性質(zhì)和作為傳動介質(zhì)的應(yīng)用D.廣東：華南理工大學(xué)，2010.4 鄒繼斌,

10、陸永平.磁性流體密封原理與設(shè)計M .北京:國防工業(yè)出版社,2000,10-18 .5 王利軍,郭楚文,楊志伊.磁流體粘度特性研究J .潤滑與密封,2006,期號(8):46-48 .6 趙猛.磁場作用下磁流體粘度特性的研究J .機械工程材料,2006,卷號(30):64-65 .7韓燕平.磁性液體粘滯性的研究D .蘇州:蘇州大學(xué),2007.8 王利軍 .納米磁性液體黏度和流體潤滑力學(xué)性能研究D .徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2008 .9 王西明,李永穩(wěn),曾麗霞 .納米磁性液體材料的研究進展J .咸陽師范學(xué)院學(xué)報,2007, 22 (6):29起止日期論文工作進度（主要內(nèi)容、完成要求）2011.1.1

11、-1.31英文翻譯有關(guān)電阻電橋，放大器的信號調(diào)理，約8000字。2011.2.1-2.28開題報告簡述了課題的來源，納米磁性液體的國內(nèi)外現(xiàn)狀，主要研究內(nèi)容,實現(xiàn)方案等，設(shè)計任務(wù)書，提出設(shè)計思路。2011.3.1-3.20緒論介紹納米磁性液體的特性及主要應(yīng)用，第二章是設(shè)計方案的選擇，出流法，毛細管法，落體法，選擇了旋轉(zhuǎn)法。2011.3.21-4.20第3章 理論分析計算，測試裝置的原理及理論粘度及屈服應(yīng)力的計算，第四章粘度裝置磁路設(shè)計，熱電偶的選擇，內(nèi)外筒幾何尺寸及屈服應(yīng)力裝置的元件選型等2011.4.20-4.30粘度及屈服應(yīng)力的試驗裝置的裝配圖及零件圖的繪制。2011.5.1-2011.5.10論文的全文總結(jié)、摘要、關(guān)鍵字、參考文