Влияние электромагнитного поля на температуру рабочей среды магнитореологической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние электромагнитного поля на температуру рабочей среды магнитореологической системы

К.В. Найгерт

В данной статье описывается влияние внешнего магнитного поля на температуру рабочей среды магнитореологической системы и рассматриваются основопологающие причины возникновения данного явления. Авторами оценивается влияние конструктивных особенностей магнитореологической аппаратуры на рост температуры магнитореологической жидкости, а также приводятся способы определения степени их влияния на температуру рабочей среды.

Ключевые слова: вязкостные свойства рабочей среды, магнитореологический дроссель, термостатирования рабочей среды, магнитореологические системы.

Проектируя магнитореологические системы особое внимание следует уделяеть расчетам параметров электромагнитного поля, управляющего потоком магнитореоло-гической жидкости, так как расход в подобных системах регилируется по средствам изменения вязкостных характе-ристик рабочей среды в зависимости от изменения параметров управляющего электромагнитного магнитного поля. При расчете реологических параметров магнито-реологической жидкости необходимо учитывать совокупность всех факторов влияющих на вязкостные свойства рабочей среды рассматриваемой магнитореологичес-кой системы. Как известно имеется сущест-венная зависимость между вязкостью жид-кой среды и ее температурой. Также очевидно, что при воздействии магнитного поля на частицы ферромагниетика проис-ходит повышение их кинетической энергии часть которой в свою очередь трансфор-мируется в тепло, следовательно рассчи-тывая вязкостные характеристики рабочей среды магнитореологических систем следует учитывать влияние управляющего магнит-ного поля на температуру магниторео-логической жидкости. Поэтому прогназируя вязкостные характеристики магнитореоло-гической жидкости следует рассматривать не только рост вязкости системы за счет повышения энергии связей между частицами магнетика, но и падение вязкости жидкости носителя, в следствии сопутствующего тепловыделения.

Еще одним источником тепла в магнитореологических системах является гидродинамическое трение, которое в даннных системах является более выражен-ным. Как и в обычных маслах в магнито-реологических жидкостях происходит взаимодействие частиц в потоке и их соприкосновение, а под действием внешнего магнитного поля энергия взаимодействия частиц магнетика возрастает, что в свою очередь приводит к росту трения между частицами и повышению температуры магнитореоло-гической жидкости.

Проводя расчеты роста температуры магнитореологической жидкости эксплуа-тируемой с магнитореологической аппара-турой, конструкция которой предусмат-ривает охлаждение обмоток управляющих электромагнитов по средствам отвода от них тепла рабочей средой стоит незабывать, что в тепловые расчеты для подобных магнитореологических систем необходимо включать и тепло создаваемое обмотками управляющих электромагнитов. Учитывая отсутствия на сегоднешний день справочных данных и адыкватных математических моделей позвозволяющих с достаточной точностью предсказать рост температуры магнитореологической жидкости в подобных условиях ее эксплуатации нами была поставлена серия экспериментов, позво-ляющих установить особенности влияния управляющего электромагнитного поля магнитореологической аппаратуры разли-чной конструкции на температуру магнито-реологической жидкости.

Для получения достоверных численных данных был разработан исследовательский стенд позволяющая оценить рост температуры магнитореологической жид-кости под действием управляющего электро-магнитного поля. Нами были использованы два типа магнитореологических дросселей, отличающихся расположением обмоток управляющих электромагнитов. Первый дроссель с внутреним, а второй с внешним расположением обмоток управляющих электромагнитов, поэтому в первом случае температура магнитореологической жид-кости повышается за счет воздействия на нее управляющего электромагнитного поля и тепла выделяемого обмоткой управляющего электромагнита, который она омывает, а во втором случае только под действием управляющего электромагнитного поля. магнитное поле температура

Принципиальная гидравлическая схема исследовательского стенда приведена на рис.1. Воизбежанее дополнительного нагрева исследуемой магнитореологической жидкос-ти за счет повышения кинетической энергии потока при прохождении жидкости через проточную полось насоса было принято решение применить в даном исследо-вательском стенде принцип опрожнения резервуара и создать ток жидкости по средствам высотного и гидростатического напоров.

В процессе эксперимента было установлено, что при однократном прохождении магнитореологической жидкости через проточную полость магнитореологического дросселя номер один происходит повышение температуры исследуемой среды в среднем на 9 °С. Это свидетельствует о достаточно высоком выделении тепла системой и необходимости активного охлаждения магнитореологических систем подобной конструкции для поддержания температуры магнитореологической жидкости в установленном для нее рабочем интервале.

Рис.1. Гидравлическая схема исследовательского стенда: 1 -дроссель магнитореологический, 2 - бак.

В магнитореологических системах конструкция которых не предусматривает охлаждение обмоток электромагнитов, управляющих потоком магнитореологической жидкости по средствам отвода от них тепла рабочей средой, подъем температуры будет на много менее выраженным, но при длительных циклах работы повышении температуры будет также существенным. В ходе аналогичного эксперимента с дросселем номер два у которого обмотки электромагнита были вынесены за пределы его проточной полости и установлены на корпус, существенного повышения температуры при однократном прохождении магнитореологической жидкости через проточную полость магнитореологического дросселя не было зафиксировано, но при пятикратном прохождении жидкости наблюдалось повышение температуры магнитореологической жидкости на 0,4 °С. Учитывая данную тенденцию подобные системы также требуют термостатирования рабочей среды, так как при достаточно длительном рабочем цикле возможно вскипание и даже крекинг магнитореологической жидкости.

Вообще повышение температуры рабочей среды в магнитореологических системах кроме создания нежелательных изменений вязкости ее еще и негативного воздействует на химический состав магнитореологической жидкости. Рост температуры увеличивает скорость окисления молекул и приводит к быстрой потере реологических свойств жидкости носителя, что снижает срок эксплуатации магнитореологической жидкости. Кроме того, слишком широкий интервал рабочих температур может повлиять на структуру кристаллической решетки магнитной частицы, изменив в ней упорядоченность ориентации магнитных или электрических моментов, что приведет к ослаблению или даже потери магнитных свойств частицами магнетика.

Принимая во внимание выше написанное, становится очевидна необходимость того, чтобы уделялось должное внимание тепловым расчетам магнитореологических систем, а при необходимости и экспериментальному установлению значений параметров требуемых для этих расчетов.

Список литературы

1. Елесин В.Ф., Физика фазовых переходов М: МИФИ, 1997.

2. Кучеров В.Г., Теплофизические свойства водонефтяных эмульсий и методика их расчета для условий сбора и подготовки нефти: Дисс.канд. техн. наук: 25.00.17,- Москва, 1987 - 141 с.

3. Такетоми С., Тикадзуми С., Магнитные жидкости - М.: Мир, 1993.

4. Фитцер Э., Углеродные волокна и углекомпозиты - М: Мир, 1988.

5. Фукс Г.И., Вязкость и пластичность нефтепродуктов. - Москва - Ижевск, 2003.

Размещено на Allbest.ru