纳米磁性液体的粘度及屈服应力

毕业设计(论文)题目纳米磁性液体粘度及屈服应力测试装置的设计一、课题来源、研究的目的和意义、国内外研究现状及分析1.课题来源纳米磁性液体又称磁性液体、磁流体，磁性液体作为一种新型功能材料，是液态体系、纳米材料和现代磁学技术的有机结合，是一种液态的强磁性材料，具有其它常规材料和高技术材料都不具备的一系列独特的优异性能。自上世纪60年代中期问世以来,很多国家对其基础研究做了大量工作，并在实际应用方面取得令人瞩目的进展。(1)磁性液体密封是近年来迅速发展起来的一项新技术，可以在高速下运行，尤其是在旋转轴密封中具有独特的优越性；(2)磁性液体轴承具有不可重复误差小，刚度高，阻尼特性好，对加工精度要求不高等特点；(3)近年来，采用磁性液体研磨对上述各种零件进行精加工达到了比较理想的水平，对高技术发展有着重要的意义；(4)磁性液体分离；(5)磁性液体在生物医学方面的应用等。这些实际工程应用每个都体现了纳米磁性液体材料在当今科技发展中的重要性，能提高许多性能，甚至是跨越性的。基于目前纳米磁性液体这种新型材料的日益发展应用，测量其主要特性粘度及屈服应力就由有其研究的必要性与重要性。2.研究的目的与意义纳米磁性液体是借助表面活性剂将纳米级的磁性颗粒包覆并均匀分散于载液中而形成的一种稳定的“固液”两相胶体溶液。在外加磁场作用下，磁性液体会在磁学、光学和声学等方面表现出许多特性，其中重要的特性之一便是磁性液体的粘度会随外磁场的变化而变化。磁性液体的表观粘度是其流变学行为的重要衡量指标，也是其应用的物理基础之一。因此，磁流体在磁场中表观粘度的变化规律是磁流体技术领域中的一项重要研究内容。纳米磁性液体的屈服应力是磁性液体流变性能的一个重要参数，代表着磁性液体固化强度的大小，具有重要的试验研究和工程应用意义，是评价磁性液体性能的重要指标之一。磁性液体的屈服应力可以随外场的变化而起明显变化，并且这种变化使可逆的。如何合理的分析和估计磁性液体的剪切屈服应力已知是有关研究者关心的焦点。随着我国产业结构的全面调整，新兴产业的快速发展，传统产业为适应新技术的发展，需不断进行技术改造，实现产品更新换代。在不断的技术改造过程中，新设备、仪器和工艺技术被广泛采用，通讯、电子、航天业飞速发展，这种新型材料——纳米磁性材料逐渐被世人所采用，越来越多的研究开始转向这种材料的研究与应用，它所特有的物理特性成为其他材料所不能代替的重要因素。研究的意义在于简单准确地测得纳米磁性液体粘度及屈服应力的值后，对于其在实际工程应用中，如在振动方面，就能体现优越的实用方面。这次的研究虽然处于基础的阶段，但对于纳米磁性液体粘度及屈服应力的测试装置这一领域还是有一定促进帮助的，本文明确的测试装置的尺寸与具体结构。3．国内外研究现状及分析纳米磁性液体粘度及屈服应力的研究国外的研究起步较早，他们采用不同的方法，从不同的角度研究了磁性液体粘度及屈服应力在外加磁场作用下的变化规律。近些年来，B.U.Felderhor和M.Shliomis分别相继提出了多条实验拟合的粘度计算公式但没有最终定式，仍在不断的改进中。目前，磁性液体粘度的研究又出现新的课题，周期变化的振荡磁场中磁性液体的“表观零粘度”和“表观负粘度”现象成为各国科学家关注的前沿问题。相对来说，国内对磁性液体粘度及屈服应力的研究起步较晚，实力相对较弱。邹继斌，陆永平等人在纳米磁性液体动密封应用方面有研究；此外，中国矿业大学，南京理工大学，东北大学在磁性液体特性方面也有领先的制备工艺及测量粘度及屈服应力装置的技术。但这些研究与国外有很大的差距，非常有必要加大研究力度。二、主要研究内容(1)阐述了纳米磁性液体的特性及其应用，纳米磁性液体的粘度及屈服应力测试的研究进展，探讨了研究纳米磁性液体粘度及屈服应力测试的目的与意义。(2)讨论了多种纳米磁性液体粘度及屈服应力测试方法及装置，选择了旋转法作为本文测试装置的原理方法。(3)研究了旋转法的测试原理，结合直流电机的人为机械特性，得到粘度与转速的关系。利用永磁体磁场强度的线性关系，得到粘度在磁场作用下的变化。屈服应力的测试依照旋转法的原理，得到剪切应力与转矩的关系，利用直接测量的转矩装置，测量磁场强度的特拉斯计，求出剪切屈服应力。(4)研究了纳米磁性液体粘度测试装置的设计，包括永磁体的磁路设计，热点偶的选择，内外筒几何尺寸的确定，电动机及串入电阻的选择等。研究了纳米磁性液体屈服应力测试装置的设计，包括电动机的选择，特拉斯的选择，扭矩传感器的选择。(5)研究实验方案的设计，通过固定其他变量，改变其中一个。改变外加磁场的强度，改变温度，改变磁性液体含量对纳米磁性液体粘度的影响。通过改变线圈中电流大小，对纳米磁性液体屈服应力的影响。三、实验方案、实验方法及预期达到的目标1.通过改变粘度测试试验台镶嵌环上嵌入永磁体的数量调节磁路中工作间隙的磁场强度，测定C20时该磁性液体粘度随外加磁场的变化。2.保持外加磁场强度不变，测试磁性颗粒质量分数为50%的矿物油基Fe3O4磁性液体在20~50℃温度范围内的粘度变化。这个温度变化通过恒温水浴来调整。3.保持外加磁场的强度不变，在C20温度下，对磁性颗粒质量分数分别为12.5%、25%、33.3%、40%和50%的矿物油基Fe3O4磁性液体粘度变化进行测试。清洗磁性液体时，采用超声波清洗器。4.在屈服应力试验装置中，通过改变线圈中电流强度，仔细观察磁性液体流动的时刻，记录下扭矩传感器的值和特拉斯计的值，测定磁性液体随外加磁场变化的屈服应力。通过相关理论，在一定实验条件下能得到磁性液体粘度随磁场强度的增强而增大，随温度的升高而减小，随磁性颗粒浓度的增大而增大；磁性液体的屈服应力随外加磁场强度的增大而增大。四、完成课题所需的条件、主要困难及解决办法对纳米磁性液体的特性粘度及屈服应力的概念及计算方法的了解，需要多参阅有关磁流体方面的期刊文献，加入自己的思考因素，得到比较完善的设计思路。主要困难是理论上的设计思路与实际情况能否相符。希望能通过实际操作的方法解决。鉴于没有一定的实验条件，只能利用相关理论来初步判断是否能达到预期的目标。五、参考文献[1]杨志伊,王坤东.磁场中磁流体粘度测试系统的实现[J].机械工程材料,2003,卷号(27):22-25.[2]王健.铁磁流体的制备方法和粘度测量[D].南京:南京理工大学,2005.[3]胡大为.弱磁场辅助氧化共沉淀合成纳米Fe3O4颗粒及其磁流体性质和作为传动介质的应用[D].广东：华南理工大学，2010.[4]邹继斌,陆永平.磁性流体密封原理与设计[M].北京:国防工业出版社,2000,10-18.[5]王利军,郭楚文,杨志伊.磁流体粘度特性研究[J].润滑与密封,2006,期号(8):46-48.[6]赵猛.磁场作用下磁流体粘度特性的研究[J].机械工程材料,2006,卷号(30):64-65.[7]韩燕平.磁性液体粘滞性的研究[D].苏州:苏州大学,2007.[8]王利军.纳米磁性液体黏度和流体润滑力学性能研究[D].徐州:中国矿业大学,2008.[9]王西明,李永稳,曾丽霞.纳米磁性液体材料的研究进展[J].咸阳师范学院学报,2007,22(6):29起止日期论文工作进度（主要内容、完成要求）2011.1.1-1.31英文翻译有关电阻电桥，放大器的信号调理，约8000字。2011.2.1-2.28开题报告简述了课题的来源，纳米磁性液体的国内外现状，主要研究内容,实现方案等，设计任务书，提出设计思路。2011.3.1-3.20绪论介绍纳米磁性液体的特性及主要应用，第二章是设计方案的选择，出流法，毛细管法，落体法，选择了旋转法。2011.3.21-4.20第三章理论分析计算，测试装置的原理及理论粘度及屈服应力的计算，第四章粘度装置磁路设计，热电偶的选择，内外筒几何尺寸及屈服应力装置的元件选型等2011.4.20-4.30粘度及屈服应力的试验装置的装配图及零件图的绘制。2011.5.1-2011.5.10论文的全文总结、摘要、关键字、参考文献。2011.5.11-2011.5.20修改论文，图纸，最后准备答辩。指导教师意见指导教师（签字）：年月日所在系意见系主任（签字）：年月日学院审核意见教学院长（签字、公章）：年月日注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，经指导教师签署意见及所在系审核后生效。