ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ

Симоновский А. Я. ¹ , Зубенко Е. В. ² , Кобозев М. А. ²

1. Ставропольский государственный университет, Российская Федерация, г. Ставрополь, 355014, ул. Пушкина, дом 1. E – mail: Stavsu@stavsu.ru

2. Ставропольский государственный аграрный университет, Российская Федерация, г. Ставрополь, 355014, пер. Зоотехнический, дом 12. E – mail: Mich-kobozev@mail.ru

Введение.

Вопросы испарения магнитных жидкостей до настоящего времени мало изучены. В настоящей работе экспериментально показано, что постоянное магнитное поле существенно влияет на время испарения капель магнитной жидкости.

Экспериментальная установка и методика проведения измерений.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки. 1 – капля магнитной жидкости; 2 – шприц; 3 – массивный нагреватель; 4 – обмотка нагревателя; 5 – фотокамера; 6 – осветитель; 7 – матовое стекло; катушки Гельмгольца.

Капля магнитной жидкости 1 (рисунок 1) с помощью шприца 2 с высоты около 3 см падала на поверхность массивного нагревателя 3, выполненного из немагнитной латуни. Наблюдение за каплей проводилось визуально. В эксперименте использовали две жидкости разного состава – жидкость № 1 с плотностью 1284 кг / м ³ и жидкость № 2 с плотностью 1009 кг / м ³. Эти составы жидкостей считались концентрированными. Разбавленные составы получали путём добавления дистиллированной воды в состав магнитной жидкости. Измеряли полное время испарения капель магнитных жидкостей при неизменной температуре нагревателя. Под полным временем испарения t капель магнитной жидкости № 1 принимали промежуток времени между падением капли на поверхность нагревателя до момента, когда на поверхности нагревателя оставался пастообразный осадок расслоившейся жидкости. К концу испарения осадок расслоившейся магнитной жидкости, находящийся под ярким светом ламп не давал бликов, характерных для жидких капель и до температур поверхности нагревателя около 175С был пастообразным мажущимся по поверхности независимо от последующего времени пребывания его на горячей поверхности. Полное время испарения t для капель жидкости № 2 принималось как промежуток времени между падением капли на поверхность нагревателя и временем наступления хрупкого состояния осадка расслоившейся магнитной жидкости, принимавшего окраску пепельно-серого цвета, который уже при дальнейшем пребывании на поверхности нагревателя не изменял своего вида и состояния.

Результаты измерений времени испарения капель магнитной жидкости

без включения магнитного поля.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Кривые зависимости t / V (время испарения единицы объёма капли) от тепературы нагевателя для жидкостей № 1 и № 2 представлены на рисунках 2 и 3, соответственно. Кривые 1, 2 и 3 – это кривые изменения времени испарения единицы объёма капель магнитной жидкости № 1 – концентрированной, двух- и четырёхкратно разбавленной, соответственно без включения магнитного поля. Из рисунка 2 видно, что изменение времени испарения капель разбавленной магнитной жидкости № 1 (кривые 2 и 3) происходит подобно каплям обычных жидкостей, как правило, гомогенных. То есть, в интервале температур поверхности нагревателя от 100 до 110°С время испарения единицы объёма капель магнитной жидкости № 1 уменьшалось. При температуре 130°С наблюдался взрыв капель разбавленных составов жидкостей (минимум на кривых 2 и 3 на рисунке 2), при котором невозможно было измерить время их испарения. При температурах нагревателя в интервале 135 – 200°С время испарения единицы объёма капель разбавленых жидкостей с ростом температуры нагревателя возрастало. Это можно объяснить переходом от пузырькового (интенсивного) теплообмена к переходному (малоинтенсивному) режиму кипения, что увеличивало время испарения единицы объёма капель магнитной жидкости № 1. Переходный режим кипения капель магнитной жидкости сменялся плёночным режимом кипения при температурах поверхности нагревателя около 200°С. На рисунке 3 приведены кривые 1 и 2 изменения времени испарения единицы объёма капель магнитной жидкости № 2 концентрированной и двукратно разбавленной, соответственно, без включения магнитного поля. Следует отметить, что не удалось получить устойчивого состава жидкости № 2, четырёхкратно разбавленного по сравнению с концентрированным. Как видно из рисунка 3 капли разбавленного состава магнитной жидкости № 2 ведут себя аналогично каплям разбавленных составов магнитной жидкости № 1 (кривые 2 и 3 на рисунке 2). При температурах поверхности нагревателя в интервале от 100 до 130°С время испарения единицы объёма капель уменьшалось до нуля. При температуре нагревателя около 130°С происходил взрыв капель. С ростом температуры нагревателя до 200°С время испарения капель разбавленной жидкости № 2 вновь возрастало. Капли концентрированной магнитной жидкости № 2 при температурах поверхности нагревателя близких к 130°С не взрывались. Однако при температурах нагревателя 150°С наблюдался минимум времени испарения.

Результаты экспериментов по изучению влияния вертикального магнитного поля

на время испарения капель магнитных жидкостей.

Как показали эксперименты, магнитное поле существенно влияет на время испарения капель магнитной жидкости. На рисунке 4 представлены графики зависимости времени испарения единицы объёма капель магнитной жидкости № 1 на поверхности нагревателя с температурой 110°С в функции напряжённости приложенного вертикального магнитного поля. Кривые 1, 2 и 3 на рисунке 4 соответствуют изменению времени испарения единицы объёма капель концентрированной, двукратно и четырёхкратно разбавленной жидкости № 1. Из рисунка 4 видно, что наиболее сильное влияние магнитное поле оказывает на концентрированную жидкость № 1 (кривая 1 на рисунке 4). С увеличением интенсивности приложенного магнитного поля до 7 кА / м происходит более чем двукратное уменьшение времени испарения капли. Более сложный характер влияния магнитного поля на время испарения капель магнитной жидкости № 1 наблюдается для жидкостей двукратно и четырёхкратно разбавленных. Кривая 2 (рисунок 4) показывает, что время испарения капель магнитной жидкости № 1 двукратно разбавленной не монотонно изменяется во всём интервале приложенных внешних магнитных полей. В магнитной жидкости № 1 всех концентраций при повышенных температурах нагревателя наблюдается расслоение магнитной жидкости на две фракции – прозрачную и непрозрачную. Вертикальное магнитное поле, стремясь вытянуть вверх магнитную часть капли (непрозрачную часть капли), разрушает её с образованием трещин. Это увеличивает площадь испарения. На характере воздействия вертикального внешнего магнитного поля на время испарения капель существенно сказывается температура поверхности нагревателя, при которой происходит испарение капель магнитной жидкости. Интенсивность испарения капель магнитной жидкости № 2 в вертикальном магнитном поле магнитном поле также зависит от температуры поверхности нагревателя. На рисунке 5 приведены кривые отношения времени испарения к объёму капель магнитной жидкости № 2 в зависимости от интенсивного внешнего вертикально приложенного магнитного поля при температуре поверхности нагревателя 110°С. Кривые 1 и 2 на рисунке 5 показывают характер испарения капель магнитной жидкости № 2 концентрированной и двукратно разбавленной, соответственно. Из рисунка 5 видно, что с ростом величины вертикального магнитного поля интенсивность испарения капель разбавленных составов магнитной жидкости № 2 при температуре поверхности нагревателя 110°С ведёт себя не монотонно аналогично поведению кривых испарения капель жидкости № 1 также разбавленных составов (кривые 2 и 3 на рисунке 5).

Рисунок 4.

Рисунок 5.

Результаты экспериментального изучения влияния горизонтального магнитного

поля на время испарения капель магнитных жидкостей.

Горизонтальное магнитное поле также значительно влияет на время испарения капель магнитных жидкостей № 1 и № 2. На рисунке 6 приведены кривые изменения отношения времени испарения к объёму капель жидкости № 1 в горизонтальном магнитном поле при температуре поверхности нагревателя 110°С. Кривые 1, 2 и 3 построены для капель магнитной жидкости № 1 концентрированной, двукратно и четырёхкратно разбавленной, соответственно. Как следует из рисунка 6 (кривая 1) наибольшее влияние горизонтальное магнитное поле оказывает на время испарения капель концентрированной магнитной жидкости. При приложении горизонтального магнитного поля напряжённостью 13 кА / м, время испарения капель концентрированной магнитной жидкости уменьшается почти в два раза. В магнитном поле 4 кА / м наблюдается увеличение отношения времени испарения к объёму капель двукратно разбавленной магнитной жидкости № 1. С ростом напряжённости магнитного поля до 7 кА / м время испарения капель двукратно разбавленной магнитной жидкости уменьшается. Кривая 3 на рисунке 6, где показано изменение отношения времени испарения к объёму капель четырёхкратно разбавленной жидкости возрастает. Влияние горизонтального магнитного поля на отношение времени испарения к объёму капель магнитной жидкости № 2 при температуре поверхности нагревателя 110°С при ведено на рисунке 7. Кривые 1 и 2 соответствуют временам испарения капель концентрированной и двукратно разбавленной магнитной жидкости № 2. На кривых 1 и 2 на рисунке 7 в магнитном поле 7 кА / м наблюдается локальный минимум интенсивности испарения капель магнитной жидкости № 2.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Выражаем благодарность РФФИ за поддержку работы по гранту № 02 – 01 – 00694.