Способ определения устойчивости магнитных коллоидов

 

Изобретение относится к коллоидной химии и позволяет расширить функциональные возможности за счет определения агрегативной устойчивости наряду с кинетической. Магнитный коллоид помещают в измерительный канал, в котором создают неоднородное магнитное поле, измеряют критический перепад давлений, а устойчивость рассчитывают по формуле ΔС = (ΔРЪ/K<SP POS="POST">.</SP>J<SB POS="POST">S</SB>) - 1, где ΔС - относительное изменение концентрации ферромагнитных частиц в коллоиде

ΔРЪ - критический перепад давлений

K - постоянная прибора

J<SB POS="POST">S</SB> - намагниченность насыщения магнитного коллоида, измеренная в однородном магнитном поле. В измерительном канале создают 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 7/10, 27/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0 (1

Ñ7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 922586 (21) 4495091/26 (22) 09.08.88 (46) 15.07.91. Бюл. N. 26 (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. G 01 N 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 коллоидной химии, в частности к способу оценки агрегативной устойчивости магнитных коллоидов. например магнитных жидкостей, и является усовершенствованием известного способа, описанного в авт. св. СССР М 922586.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения агрегативной устойчивости частиц в пробе из магнитного коллоида наряду с кинетической.

На фиг. 1 изображено устройство для определения.агрегативной устойчивости магнитного коллоида; на фиг, 2 — зависимость относительного изменения концентрации ферромагнитных частиц в коллоиде от времени нахождения его в измерительном канале; на фиг. 3 — расположение маг.. Ж 1663512 А2 ют неоднородное магнитное поле, измеряют критический перепад давлений, а устойчивость рассчитывают по формуле Л С=

=(ЛР /К .Is) -1, где ЛС вЂ” относительное изменение концентрации ферромагнитных частиц в коллоиде; Ь Р вЂ” критический перепад давлений; К вЂ” постоянная прибора; Is— намагниченность насыщения магнитного коллоида, измеренная в однородном магнитном поле. В измерительном канале создают 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 коллоида в измерительном канале череЯ некоторое время после его заполнения.

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 опреде(1663512

55 лить относительное изменение концентра- . ции Л С в магнитном коллоиде с помощью расчетной формулы д pl

ЛС= — 1, K tS

5 где К вЂ” постоянная прибора;

Is — намагниченность насыщения магнитного коллоида, измеренная в однородном магнитном поле.

Величина, обратная относительному изменению концентрации, определяет устойчивость магнитного коллоида. Если устойчивость магнитного коллоида определять при сдвиговом течении через промежутки времени, то получим зависимость изменения 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 увеличивается, достигает максимальной величины, а затем уменьшается.

Повышение концентрации магнитных частиц в пробке с увеличением выдержки магнитного коллоида в измерительном канале связано с кинетической неустойчивостью магнитных коллоидов в сильном и неоднородном магнитном поле. Повышение устойчивости связано с агрегацией частиц, а скорость повышения характеризует агрегативную устойчивость, Это можно объяснить следующим, При сдвиговом течении магнитного коллоида упорядоченная структура магнитных частиц, обусловленная межчастичным взаимодействием, разрушается под действием касательных напряжений, При некоторой скорости течения в измерительном канале (фиг. 3) имеются две зоны: . статическая 6 с разрушенной структурой и эона 7 ламинарного течения, где под действием касательных напряжений идет разрушение структуры, образованной магнитными частицами. Высота разрушения определяется равенством касательного напряжения и предела текучести магнитного колл оида

<(h) =

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 - rд = 41,2

V где акр - критическая угловая скорость вращения цилиндра;

V — кинематическая вязкость магнитной жидкости;

r — радиус цилиндра; д — зазор между цилиндрами.

Оценка числа Тейлора для измерительного канала с зазором между цилиндрами д = 0,1 мм, радиусом вращающегося цилиндра r = 10 мм, угловой скоростью а =

- 3,14 с и вязкостью МЖ v = 10 м /с =

= 10 мм /с дает

Тв = „60 0,1 =0,0314

Поскольку Tg << Тд кр, то вихревых потоков нет, и течение магнитной жидкости является сдвиговым, Критическая скорость вращения для этого измерительного канала при v = 10 мм /с составляет

Икр . . . — 4120 С акр 41.2 10

1663512

Таким образом, сдвиговым является течение, если О <й) < вкр, Критическая угловая скорость Wp зависит от вязкости 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 измез рительный канал с неоднородным магнитным полем, имеющим максимальную величину напряженности 1,1 MA/ì и градиент 330 MA/м, включали привод вращег ния 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 формуле

ЛР

ЛQ — — -1, s где Л Ci и Л Pi — относительное изменение концентрации магнитных частиц и критический перепад давлений через l промежуток времени после помещения магнитного коллоида в измерительный канал, К = 1,2 ТЛ— постоянная прибора, ls — намагниченность насыщения магнитного коллоида.

Затем из имеющихся значений Ь Ci оп ределяли максимальное относительное изменение обьемной концентрации частиц аСтахс и соответствующее ему время tmaxc.

После до с тижения Л Серакс 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

Ч ЬС-. — Л Си

Ча ти Смакс где tu — время испытаний (в нашем случае ти = 48 ч), ЬС вЂ” относительное изменение объемной концентрации частиц через промежуток времени t< и после помещения магнитного коллоида в измерительный канал

30 ную устойчивость, которая определяет качество магнитных коллоидов и основные

5

25 (в нашем случае tu = 48 ч). Чем больше Vs, 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 Летах.

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 изобретения

Способ определения устойчивости магнитных коллоидов по авт. св. N 922586, о тл и ч а ю шийся 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..

1663512

Составитель А. Кубасов

Техред M,Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор Н, Горват

Заказ 2261 Тираж 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101