磁性液体静力学及应用若干问题的研究

摘要

磁性液体是一种新兴的功能材料，它是由纳米级的磁性颗粒通过界面活性剂高度地分散、悬浮在载液中，形成稳定的胶体体系，磁性液体将一般磁体的磁性和液体的流动性统一在一种物质中使之具备了许多新的物理机理和特性，因而在许多的领域得到了广泛的应用。其理论和应用研究都有很重要的科学意义。 本文首先对磁性液体的自由表面现象进行了观察分析；接着对悬浮其中的物体浮力进行了计算并且给出了磁性液体的当量有效密度，最后对磁性液体在研磨领域的应用进行了初步的研究和探讨。 磁性流体自适应特性使得其在外磁场作用下表现出了各种表面不稳定性，其中最具有代表性的是“脉冲钉销现象”。实验观察表明，当磁流体在由弱逐渐增强的外磁场作用下，磁场强度增强至某临界值时，磁性液体表面不再是光滑，而是突然破碎成许多六角形带尖刺的图案。本文进一步对磁性液体“脉冲钉销现象”以及自由表面进行了大量的实验观察，分析了该现象与外加磁场的一些内在的联系；对这些现象影响因素进行了分析，重点分析了磁场梯度对该现象的影响，通过分析发现这些图形的分布可以从磁性液体的广义伯努利方程来解释，并且联系波的“色散方程”对磁性液体的临界磁化强度进行了计算分析。 磁性液体内部的磁场的分布是磁性液体产生磁体积力的主要因素，不同材料和形状的物体在其内部对磁场的分布产生的影响是不同的，因而进一步的影响了它本身所受到得浮力的大小，本文建立了球体在磁性液体中受到浮力计算的模型，计算了小球在磁性液体中的受力情况，并且给出了浮力的大小和当量有效密度，同时也给出了这类问题一种数值分析计算的方法。 磁性液体研磨技术是最近新型的磨削技术，此技术在复杂表面的研磨领域有着广阔的前景，本文就磁性液体研磨问题的装置与结构设计以及磨削力的计算展开了一些研究工作，分析计算了磁性液体内部的磁场分布的情况，据此得出了磁性液体对管间内表面压力分布的情况，并且根据以上的分析，对磁性液体研磨装置设计提出了应该遵循的原则。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1磁性液体

1.1.1磁性液体组成及类型

1.1.2磁性液体的特性

1.1.3磁性液体的发展历史

1.2磁性液体应用研究的现状与进展

1.2.1磁性液体应用的原理范围

1.2.2静力学领域的应用的进展

1.3本文的内容与意义

第二章磁性液体静力学的基本理论

2.1磁性液体的磁学方程

2.2磁性液体的伯努利方程

2.3磁场计算的理论基础

2.3.1磁场计算的理论基础—麦克斯韦方程组

2.3.2麦克斯韦方程组的积分形式和边界条件

2.3.3标量位及其微分方程

2.3.4矢量位及其微分方程

2.3.5磁场的矢量位的边界条件

2.4磁场计算的方法

2.5典型磁场的计算

2.5.1空气中圆柱形永磁体物理模型建立

2.5.2网格划分

2.5.3边界条件和激励

2.5.4后处理以及计算结果：

2.5.5圆盘状永磁体的磁场的计算

第三章自由表面现象的实验观察研究

3.1磁性液体的观察实验

3.2脉冲钉销现象临界磁场强度的计算

3.3本章小结

第四章磁性液体中静压力的研究及其应用

4.1磁性液体磁化强度及其测试

4.2磁性液体得静压力以及表观密度的计算

4.2.1磁性液体的伯努利方程

4.2.2在磁场作用下的液体的浮力与表观密度

4.2.3磁性液体悬浮球体浮力与当量有效密度的计算

4.2.4载流导体磁场中的磁性液体升高的计算与实验

4.3磁性液体在浮置研磨应用中的计算

4.3.1磁性液体研磨简介

4.3.2悬浮式研磨有限元分析模型的建立

4.3.3有限元分析前处理

4.3.4后处理以及计算结果

4.3.5小结

4.4细管内表面研磨装置的设计与分析计算

4.4.1有限元模型的建立

4.4.2有限元分析前处理

4.4.3后处理以及计算结果

4.4.4浮置力的计算

4.4.5小结

4.5载流导线作为磁场源磁性液体研磨方案的探讨

第五章结论

参考文献

致谢