試驗(yàn)設(shè)備研究了磁流體的粘度與外加磁場(chǎng)及溫度的關(guān)系。

結(jié)果表明：磁流
體的粘度隨溫度的增加而減小；當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下磁流體的粘度會(huì)增加，粘度的
大小與磁場(chǎng)作用的時(shí)間有關(guān)；磁場(chǎng)作用達(dá)到一定時(shí)間后，磁流體的粘度達(dá)到穩(wěn)定；隨著磁場(chǎng)的增加，
磁流體的粘度增加，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到一定強(qiáng)度后粘度不再增加。

磁流體是由基載液體、磁性微粒及附著在磁性微粒表面的表面活性劑組成。因此，磁流體的粘
度和懸浮的磁性微粒及表面活性劑有關(guān)。同時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)磁性微粒也會(huì)產(chǎn)生影響，所以磁流體的粘度同
外磁場(chǎng)也有關(guān)。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁流體的粘度也增加。在阻尼應(yīng)用中可以通過(guò)增加磁場(chǎng)強(qiáng)度
來(lái)提高磁流體的阻尼系數(shù)。但是在轉(zhuǎn)軸密封中，粘度的增加會(huì)增大轉(zhuǎn)軸密封的阻力，進(jìn)而使損耗和發(fā)
熱增加。為了定量分析磁場(chǎng)對(duì)磁流體粘度的影響

樣制備與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用磁流體的磁性粒子為Fe3 04，用煤油作基載液，密度1．5×103 kg／m3，粘度為1．13 Pa·s，
磁流體的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為2．59×10_2 T。理論研究表明，只有當(dāng)磁場(chǎng)梯度存在的時(shí)候，磁流體的粘
度才會(huì)產(chǎn)生變化[3_8]。為研究磁場(chǎng)對(duì)粘度的影響必須產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，作者設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置由電磁線圈、
玻璃容器和粘度計(jì)等組成(圖1)。當(dāng)線圈中通以直流電流I時(shí)，會(huì)在容器內(nèi)產(chǎn)生非均勻的磁場(chǎng)，改變電
流即可形成梯度磁場(chǎng)。由于溫度對(duì)磁流體的粘度也會(huì)產(chǎn)生影響，因此，在測(cè)試裝置中另加了一個(gè)溫度計(jì)
以測(cè)量溫度。在試驗(yàn)過(guò)程中，磁流體的溫度為40℃，環(huán)境溫度為23℃。同時(shí)，邊緣效應(yīng)對(duì)磁流體粘
度的測(cè)量也會(huì)產(chǎn)生誤差，因此，為了忽略邊緣效應(yīng)的作用，試驗(yàn)裝置容器的內(nèi)徑為26 mm，容器的深度
為112 mm。直流電源電流為o～20 A。測(cè)試中保持粘度計(jì)在磁流體中的位置不變。

驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2為未加外磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)強(qiáng)度為14 A／m時(shí)磁流體粘度隨溫度的變化。可見，無(wú)論外加磁場(chǎng)是
否存在，隨著溫度的升高，磁流體的粘度在逐漸降低。這是由于隨著溫度升高時(shí)，磁流體中磁性微粒
的布朗運(yùn)動(dòng)加劇，使得磁流體基載液和磁性微粒之間的運(yùn)動(dòng)速度差距逐漸降低，從而粘度逐漸降低。
這一特性和普通流體的粘度與溫度特性相似。由圖3可見，外加磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H越大，磁流體的粘
度增加越大。在同一磁場(chǎng)作用下，磁流體的粘度隨著磁場(chǎng)作用時(shí)間的增加而增加，然后趨于穩(wěn)定。這
是由于在梯度磁場(chǎng)的作用下，磁性微粒在磁流體內(nèi)重新分布，當(dāng)磁性微粒的分布處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，磁流
體的粘度逐漸趨于穩(wěn)定。

當(dāng)磁流體沒(méi)有受到磁場(chǎng)作用時(shí)，磁性微粒雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)使得磁性微粒的合成磁矩為零。在磁
場(chǎng)作用下，外磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H總是要使磁性微粒的磁化矢量M的方向與其相一致，這樣就使原本排列
雜亂無(wú)章的磁性微粒排列有序，磁性微粒的合成磁矩不再為零。合成磁矩的作用使得磁性微粒在磁流
體內(nèi)重新分布的作用加劇，從而使磁流體的粘度增加。當(dāng)外加磁場(chǎng)使磁流體達(dá)到飽和以后，磁性微粒
在磁流體內(nèi)的重新分布趨于穩(wěn)定狀態(tài)，于是磁流體的粘度隨磁場(chǎng)作用時(shí)間的變化逐漸趨于穩(wěn)定。

由圖4可見，當(dāng)磁流體的溫度為40℃，環(huán)境溫度為23℃，并且作用時(shí)間為5 ooo s時(shí)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)
度的不斷增加，磁流體的粘度成倍增加。磁流體的粘度隨磁場(chǎng)的變化對(duì)磁流體的應(yīng)用有較大的影響，
如應(yīng)用于阻尼中可以提高阻尼系數(shù)，但是應(yīng)用于密封中，轉(zhuǎn)軸受到的阻力矩會(huì)成倍增大，從而使損耗也
成倍增加，溫度上升。所以一方面可以利用磁場(chǎng)對(duì)磁流體粘度的影響，另一方面應(yīng)設(shè)法減小磁場(chǎng)對(duì)磁
流體粘度的影響，在磁流體的應(yīng)用中，應(yīng)合理地設(shè)計(jì)磁場(chǎng)強(qiáng)度。

結(jié)論
(1)在沒(méi)有磁場(chǎng)作用時(shí)，磁流體粘度隨著溫度的逐漸升高而逐漸減小。
(2)當(dāng)環(huán)境和磁流體的溫度不變時(shí)，在同一磁場(chǎng)的作用下，磁流體的粘度隨著磁場(chǎng)作用時(shí)間的增
加而增加；當(dāng)達(dá)到一定的時(shí)間后，磁流體的粘度趨于穩(wěn)定。
(3)當(dāng)環(huán)境和磁流體的溫度不變，且磁場(chǎng)對(duì)磁流體的作用時(shí)間一定時(shí)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁流
體的粘度會(huì)成倍地增加；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定的數(shù)值后，磁流體的粘度不再增加。