磁性液体磁化强度的温度敏感度实验研究

通过研究不同种类的磁性液体在高低温下的磁化特性,为磁性液体的工程应用提供磁特性参考。通过实验测量了煤油基磁性液体在190~350 K,水基磁性液体在270~350 K温度区间的磁化强度,定义磁性液体磁化强度的温度敏感度来表示磁化强度随温度的变化率。结果表明:二者的磁化强度均随温度升高线性下降,相同密度下煤油基磁性液体的磁化强度和磁化率均高于水基磁性液体。两种磁性液体的温度敏感度受磁场影响,随着磁场增大呈现先迅速增大后缓慢减小的趋势。煤油基磁性液体和水基磁性液体的温度敏感度的峰值分别是0.074(kA·m^(-1))/K和0.048(kA·m^(-1))/K。整体上,温度敏感度与饱和磁化强度呈正相关,相同密度下煤油基磁性液体的温度敏感度高于水基磁性液体,且煤油基磁性液体的工程应用温度范围更广。

磁性液体非浸没式二阶浮力特性研究

磁性液体为一种兼具磁性与流动性的智能材料,基于自身特有的二阶浮力特性能有效悬浮永磁质量块,改善永磁质量块与接触面间的摩擦形式,这一功能有效促进其在电磁传感、电磁能量采集及阻尼减振等方面的广泛应用。主要针对永磁铁在非浸没于磁性液体中所受的二阶浮力进行理论分析,利用有限元仿真分析其磁场及磁压差,通过实验定量探究了永磁铁悬浮高度分别与磁性液体注入量和悬浮力的关系并进行了磁性液体的应用对比试验。实验结果表明,磁性液体注入量与悬浮高度在磁性液体注入量0.3~3.4 g存在较好的线性关系,并且实验与理论结果具有良好的一致性。

基于磁性液体的磁浮式振动俘能器系统建模与输出性能分析

针对现有振动俘能器输出功率低、工作频带范围小等问题,提出了一种基于磁性液体的非线性磁浮式振动俘能器新型结构。提出新型俘能器的结构形式,分析其工作原理,建立磁偶极子非线性力学模型,对比仿真结果与试验数据,验证其准确性;分析磁性液体的二阶浮力和黏性阻尼,建立其数学模型,运用多尺度变换方法求解俘能器动力学方程的近似解,进而获得输出性能响应模型;分析三类系统结构参数和激励加速度变化对俘能器输出性能的影响,对比了有无磁性液体时俘能器的输出性能。结果表明:磁铁间距、悬浮磁铁与磁性液体的总质量和激励加速度能有效地改变俘能器的工作频率范围和输出功率幅值,而阻尼比主要影响输出功率幅值。新型俘能器输出电压峰峰值和输出功率峰值分别达到426.88 mV和0.56 mW,增加磁性液体后输出电压和功率分别提升了22.67%和75%,对比其它低频振动俘能器,具有较优的输出功率特性。新型磁浮式俘能器的结构形式与建立的动力学模型能为拓宽此类俘能器工作频带范围和增强输出功率性能提供新的解决思路,具有良好的参考价值。

分子动力学模拟巴氏合金界面磁性液体润滑行为

磁性液体因其顺磁可控的流变特性,可满足极端工况对滑动轴承润滑油膜稳定性不断提高的要求,在轴承润滑方面具有良好的应用前景。为探究磁性液体微观润滑机制,采用分子动力学模拟方法构建和优化巴氏合金界面磁性液体润滑的微观模型,并根据实际工况进行限制性剪切模拟,研究温度和剪切速度对PAO6基磁性液体在巴氏合金界面润滑行为的影响;通过分析滑动过程中相对浓度分布、温度分布、速度分布、均方位移和界面吸附能等参数的变化,从分子层面揭示磁性液体微观润滑的作用机制。结果表明:PAO6基磁性液体具有良好的扩散性和散热性,可以粘附在巴氏合金摩擦界面起到很好的承载和减磨作用;在高温和高剪切速度下,磁性液体润滑膜仍呈现出良好的稳定性,磁性颗粒具有良好的扩散能力。研究结果有助于完善纳米薄膜润滑理论,对磁性液体的工程应用具有现实指导意义。

磁性离子液体在食品化学污染物预处理应用的研究进展

磁性离子液体是一种磁性功能化的离子液体材料,不仅具有蒸气压低、液程宽、热稳定性好等特点,还具备可设计性强、产物易于分离、可回收重复利用等优势,能够解决微萃取技术中相分离困难和重复利用率低等难题,在食品分析预处理领域具有非常广泛的应用前景。本文梳理总结了用于食品分析预处理的磁性离子液体的种类及制备方法,系统介绍了磁性离子液体分离富集食品中生物胺类、药物类、食品添加剂类、持久性有毒类、无机重金属类化学污染物的应用研究进展,并对基于磁性离子液体在食品分析预处理技术的未来发展前景进行了展望。

离子液体基磁性固相萃取-高效液相色谱法测定饮料中的合成色素

国家对合成色素使用量有严格限量标准,有效萃取和测定食品中合成色素对保障食品安全有重要意义。采用红外光谱、透射电镜和振动样品磁强计等对合成的聚合离子液体修饰的磁性纳米材料的结构、形貌和磁性进行了表征,将此磁性纳米材料作为磁性固相萃取(magnetic solid-phase extraction,MSPE)吸附剂,研究了其对4种合成色素(柠檬黄、日落黄、诱惑红和亮蓝)的萃取性能,结合MSPE与高效液相色谱技术,对影响萃取效率的吸附剂用量、吸附时间、解吸时间和盐的含量等参数进行了优化。研究结果表明:根据吸附剂对典型阴/阳离子型染料的吸附结果,推断4种合成色素的有效萃取归因于吸附剂与分析物之间存在的强静电引力以及π-π和疏水作用等多重作用;在吸附剂用量为10 mg、吸附时间为20 min、解吸剂为1 mL乙腈/盐酸(体积比9∶1)和解吸时间为10 s的优化萃取条件下,4种色素具有良好的线性(决定系数为0.9922~0.9975),检出限(S/N=3)和定量限(S/N=10)分别为1~3μg/L和2.5~10μg/L;该方法能成功用于碳酸饮料健力宝和菠萝啤中合成色素的测定,3个质量浓度下(日落黄、诱惑红和亮蓝均为25、100、250μg/L,柠檬黄为50、200、500μg/L)的加标回收率为71.4%~113.0%,相对标准偏差小于10.9%(n=3)。本研究为食品中合成色素的分析提供了一种很有前景的样品前处理方法。

磁性液体摩擦-电磁复合能量收集器的力电耦合机制研究

基于摩擦发电和电磁感应发电原理,利用磁性液体同时作为摩擦层和磁体,文中提出一种将低频振动能转化为电能输出的磁性液体摩擦-电磁复合发电机。理论分析磁场作用下复合振动能量收集系统不同工作模块的动力学特性和力电耦合机制,借助有限元仿真软件建立复合能量收集系统磁场、电场、流体场和输出电动势的多场耦合仿真模型,设计低频正弦激励下复合能量收集系统输出电能实验测试平台,探究外部激振频率和外磁场强度等因素对电能输出特性的影响。实验结果表明,所提磁性液体摩擦-电磁复合能量收集器可以在低频环境中将振动能量有效转换为电能。

磁性液体密封耐压能力参数化分析

针对某型飞机磁性液体密封,利用COMSOL有限元分析软件建立不同结构参数的磁性液体密封模型,计算不同密封间隙、极齿宽度、极齿高度、极齿位置、极齿形状下密封的磁场强度差值,进而判断不同磁性液体密封结构的耐压能力。研究结果表明:密封间隙、极齿宽度对磁性液体密封耐压能力影响较大,极齿高度和极齿位置对磁性液体密封耐压能力影响较小;极齿形状为梯形时密封效果最好。通过比较分析,选择最优磁性液体密封结构参数,为磁性液体密封耐压能力研究提供了理论依据。

磁性液体Rosensweig单峰传感应用研究进展

介绍了一种磁性液体传感应用的新方法。它以磁性液体单个Rosensweig尖峰作为感测元件,检测外部激励信号,输出电信号。可以用于惯性传感、流量传感、微阻尼器等领域。综述了Rosensweig单峰形成的条件和特性,以及其传感应用的机理和进展。

磁性液体性能及运行工况对密封耐压值的影响

为研究不同种类磁性液体及密封工况对密封效果的影响,以Fe_(3)O_(4)为磁性颗粒,以链状氟醚油为基液,制备一系列不同颗粒含量、基液分子量的磁性液体,对磁性颗粒及磁性液体的结构、性能进行表征,在搭建的密封试验台上测试磁性液体种类及运行工况对密封耐压效果的影响。结果表明:制备的磁性颗粒粒径为纳米级,呈近球形形貌,具有较高的饱和磁化强度,磁性液体具有较好的分散稳定性;随颗粒含量增加、基液分子量增大,密封耐压值先增大后减小;在颗粒质量分数为30%、基液分子量为4600 g/mol时,密封耐压值最高;随主轴转速增大,密封耐压值逐渐减小;随密封时间延长,密封耐压值先减小后趋于稳定。

夹芯磁路下大轴径磁性液体密封性能研究

大直径轴的径向跳动使得磁性液体密封间隙大幅增加,严重削弱了磁性液体密封耐压性能。针对大直径大间隙轴密封耐压能力减弱问题,设计一种具有夹芯磁路的磁性液体密封结构。采用数值模拟的方法研究夹芯磁路下磁性液体密封结构的磁场特性与密封性能,分析夹芯磁路密封结构中密封间隙磁场分布特征,对磁性液体密封经典结构与该新型结构的理论耐压值进行比较和分析。结果表明:与经典磁性液体密封结构相比,该夹芯磁路新型密封耐压能力平均提高约20%,其中在大间隙下耐压能力提升效果更明显;相比于经典磁性液体密封结构,夹芯密封结构的内永磁体使得通过轴的近表面磁力线数量更多;且夹芯密封结构具有更大的磁通密度差值,因而具有更强的聚磁能力。

径向充磁磁性液体密封性能

针对大轴径大间隙工况下磁性液体密封耐压力减弱问题,设计了一种径向充磁磁性液体密封结构。采用有限元数值仿真的方法研究了该磁性液体密封结构的磁场和密封间隙中的磁通密度分布特征。讨论了内部永磁体结构尺寸对密封耐压性能的影响,并确定其结构尺寸。分析了经典磁性液体密封结构与径向充磁新型磁性液体密封结构的密封耐压力随密封间隙和转轴转速的变化规律。结果表明:相比经典磁性液体密封结构,径向充磁密封结构的理论静密封耐压力平均提高约57.4%;随着密封间隙的增大,径向充磁密封结构密封效果提升越加显著,密封失效极限转速逐渐减小。

基于磁性液体一阶浮力原理的自动浮选分离结构设计

为了研究在选矿分离过程中实现对非导磁物质进行精密分选的问题,基于磁性液体一阶浮力原理,探讨永磁体作为磁源时,通过改变永磁体与磁性液体的距离从而改变浸没在磁性液体中的非磁性物体的受力情况;设计了自动浮选分离结构模型,其中用于磁源升降的电动剪叉式升降平台的升降行程为100 mm,通过磁源升降给磁性液体提供不同的磁场强度;设计了用于分离非磁性物料的直角坐标机器人和末端执行器,实现对悬浮在不同高度的非磁性物体的打捞分离;利用ANSYS Maxwell软件对设计的模型进行二维和三维仿真,近似计算出非磁性物体所受到的一阶浮力,为升降平台的承重能力设计提供了依据.仿真计算结果表明:指定非导磁圆柱体在磁性液体中悬浮的高度为距离容器底部60~70 mm处,为浮选分离装置设计提供了理论依据;使用高30 mm、半径80 mm的圆柱形永磁体提供磁场,将非导磁体所受一阶浮力换算为密度,得出了本设计可浮选的非导磁体的密度范围为1.65×10^(3)~6.66×10^(3) kg/m^(3).

磁性液体密封耐压与启动力矩的影响因素研究

由于驱动电机的功率和力矩的限制,一些动密封场合对启动力矩有着明确的要求,相较于传统的密封导致启动力矩较大,磁性液体密封在启动力矩方面有更大的优势。但是在不同的环境中,磁性液体密封的启动力矩波动较大,无法达到某些极端密封场合对耐压和力矩的双重要求,从而限制了磁性液体密封在该类密封场合的应用。以温度为切入点,就磁性液体密封的耐压能力和启动力矩进行理论和实验研究,得到温度与磁性液体密封耐压能力和启动力矩的关系。结果表明:磁性液体密封的间隙越小,耐压能力越大;温度越低,最大耐压值越大,-40℃时最大耐压值为80℃时的5倍;启动力矩随压力的增加而逐渐减小;温度越低,启动力矩越大,-40℃时的启动力矩接近20℃时的5倍,并且在低温磁液用量对密封启动力矩的有明显影响。

极靴一体化磁性液体密封结构

极靴一体化磁性液体密封具有良好的应用前景,为研究极靴一体化磁性液体密封耐压性能的影响因素,对一体化极靴结构参数进行了分析.首先,推导了磁性液体密封结构的耐压公式;其次,使用有限元仿真分析磁性液体密封结构的耐压性能,首次分析了有无薄壁、薄壁厚度、极齿与薄壁的轴向距离以及多级极靴尺寸分布比例对于磁性液体密封结构耐压的影响;最后,加工了极靴一体化磁性液体密封装置,搭建实验台进行实验研究.结果表明:一体化极靴比传统极靴磁性液体密封耐压略小,但相差不大;薄壁厚度以及极齿与薄壁轴向距离均与密封结构耐压值成反比;对于多级极靴结构,磁铁之间的极靴长度大于两侧极靴长度,更利于磁性液体密封的耐压.

MoDTC增强型磁性液体减摩性能试验研究

为提高磁性液体的减摩性能,在现有Fe 3O 4磁性液体的基础上,通过微量添加二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC),制备一种MoDTC增强型磁性液体。对MoDTC增强型磁性液体微观粒子的结构、组成成分、磁性能进行测试分析,在不同载荷、速度条件下进行摩擦磨损试验,探究MoDTC含量对磁性液体摩擦磨损性能的影响。实验结果表明:MoDTC增强型磁性液体比铁磁性液体饱和磁化强度小,且剩磁几乎为0,具有较好的磁性能;在试验研究范围内,Fe 3O 4磁性液体润滑下的摩擦因数比油润滑低,MoDTC增强型磁性液体的摩擦因数低于Fe 3O 4磁性液体的摩擦因数,且MoDTC质量分数为6%时减摩效果较佳;当载荷在25~45 N范围内,MoDTC增强型磁性液体的摩擦因数先随载荷增大而减小,超过临界值30 N后,摩擦因数随载荷增大而增大。研究结果表明,磁性液体中加入适量的MoDTC具有较好的减摩性能,能在一定程度上改善磁性液体的润滑性能。

非对称极齿磁性液体密封耐压能力研究

通过仿真模拟手段研究非对称极齿型结构磁性液体密封,分析计算了不同轴径、不同密封间隙结构的密封耐压,并针对不同应用场景对磁性液体密封装置两轴端的漏磁场的需求差异,探讨了非对称极齿型结构轴端漏磁场分布的影响因素及规律。结果表明:非对称极齿型结构密封耐压随磁源两侧极齿数量差的增大而减小,最小的密封耐压值也能达到对称极齿型结构密封耐压的70.1%;密封轴径和密封间隙对于非对称极齿型结构与对称极齿型结构密封耐压能力的影响相同;存在一临界值,当密封轴径小于该临界值时密封耐压随轴径增大而减小,当密封轴径超过该临界值时,密封耐压保持不变;非对称极齿型结构的漏磁场主要集中在极齿分布少的一侧的轴端处,另一轴端处漏磁场相比对称极齿型结构的轴端漏磁场要更小,因此可以利用此漏磁特征通过改变磁源两侧极齿数量差对不同轴端漏磁场进行调控。

针对液体介质的磁性液体旋转密封技术概述

磁性液体是一种功能材料,既具有液体的流动性,又具有固体磁性材料的磁性,在密封中的应用是其最成功的应用之一。磁性液体密封作为高新密封技术,被广泛应用在军工、化工、航空航天等领域。目前,磁性液体密封技术在密封气体介质和真空中的研究已经趋于成熟,相比之下,对液体介质的密封还存在很大局限性。从磁性液体与被密封液体介质的界面稳定性、界面破坏过程以及用于液体介质的密封装置结构设计三方面,对磁性液体旋转密封技术的研究进展进行阐述,总结三类用于液体介质密封的磁性液体密封结构设计方法的技术特点和缺点,最后对磁性液体在液体介质密封中的前景作出展望。

空间环境下磁性液体润滑/密封初探

磁性液体(磁流体/磁流变液)作为一种新型磁控智能材料,兼顾液体的流动性及固体磁性材料的磁响应特性,在外磁场作用下可实现二者间的可逆性转换。磁性液体润滑密封因其零泄漏、自修复等优良特性受到广泛关注,特别是近年来在航天装备中的应用研究。为探讨磁性液体在航天装备中的应用,从恶劣的宇宙环境出发,分析地外空间装备研发所面临的严峻环境挑战,对高真空、高辐射、高低温热循环三大主要问题进行针对性分析,探讨磁性液体用于航天装备润滑/密封的可行性,总结相关磁性液体极端工况润滑/密封技术的进展和局限性,并提出未来研究中亟待解决的重要科学问题。

一种航天用磁性液体吸振器的减振性能研究

为抑制航天器大型柔性结构的低频振动,研究了一种基于磁性液体悬浮原理的新型吸振器。建立了该吸振器的动力学模型,推导了磁性液体悬浮力和黏性阻尼力方程。针对方程中磁性液体的界面求解问题,根据磁性液体的伯努利方程和界面方程,分析了磁性液体界面与磁场强度的关系,建立了磁性液体界面、悬浮力和黏性阻尼力的仿真方法。通过仿真和试验研究了壳体高度对磁性液体悬浮力和黏性阻尼力的影响规律,分析了仿真与试验的差异。基于铜板的自由振动试验,验证了该吸振器抑制低频自由振动的有效性。结果表明,该吸振器具有较好的线性特征,对1.1 Hz,5 mm的自由振动时间最高可缩减85%。