6 Сравнение с результатами эксперимента

Целью настоящего дипломного проекта является деформация магнитожидкостного сенсора гидроэлектрического преобразователя расхода, помещенного во внешнее однородное магнитное поле. Экспериментальное исследование формы магнитожидкостного сенсора в реальных лабораторных условиях является трудной задачей. Ранние экспериментальные исследования формы капли магнитной жидкости, ограниченной горизонтальной плоской поверхностью в вертикальном однородном магнитном поле, приводятся в работе / /. С целью выявления влияния твердой ограничивающей поверхности на форму капли были созданы различные условия их взаимодействия. Изучалось влияние магнитных свойств подложки на форму капли (немагнитная и ферромагнитная подложки), условий смачивания магнитной жидкостью поверхности подложки (хорошее смачивание и полное несмачивание), в зависимости от свойств МЖ.

Для постановки эксперимента можно предложить следующую методику проведения исследования. Поверхность подложки тщательно очищается и обезжиривается. Горизонтальность ее поверхности достигается с помощью микрометрических винтов. Формирование капель осуществляется либо в отсутствие поля, либо в слабом поле на предварительно смоченной магнитной жидкостью поверхности подложки, что обеспечивает хорошее смачивание. Для создания ситуации полного несмачивания подложки капля магнитной жидкости формируется в кювете, заполненной водным раствором глицерина. Напряженность магнитного поля медленно увеличивается – небольшими ступенями с выдержкой каждого значения поля в течение некоторого промежутка времени. Тем самым выполняется условие равновесности форм капли МЖ.

Регистрация форм капли можно проводить с помощью телевизионной установки МТУ-1 – с целью изучения изображения капли как непосредственно на экране телевизора, так и с помощью фотосъемки или видеосъемки с последующей обработкой отснятых фото-,видеоматериалов на микроскопе МИ-1. Телекамера, видеокамера или фотоаппарат устанавливались таким образом, чтобы профиль капли магнитной жидкости совмещается со своим изображением в установленном позади капли зеркале. После настройки регистрирующей аппаратуры зеркало убирается и регистрация форм капли производится на освещенном матовом фоне.

Эксперименты необходимо проводить с использованием различных типов МЖ. Их основные физические свойства приведены в таблице . При обработке экспериментальных данных намагниченность жидкости М определяется с учетом размагничивающего поля капли магнитной жидкости.

Таблица - Основные физические свойства магнитных жидкостей

Тип жидкости	Намагниченность насыщения М, кА/м	Плотность ρ, кг/м3	Коэффициент поверхностного натяжения σ, Н/м
МК-18	18	1073	0,020
МК-23	22,9	1147	0,012
С2-40М	42	1410	0,026
Т- 40	65	1520	0,026

Форма капли магнитной жидкости необходимо изучать в диапазоне магнитных полей от нуля до напряженности поля, соответствующей появлению неустойчивости капли. Для лежащей на плоской поверхности капли жидкости неустойчивость выражается в топологическом распаде объема жидкости на две отдельные части. В результате подвешенной капли результатом развития неустойчивости является ее отрыв от твердой поверхности.

Во всех исследуемых ситуациях капля магнитной жидкости имеет форму тела вращения с осью симметрии, параллельной магнитному полю, вплоть до значений напряженности поля, соответствующих возникновению топологической неустойчивости – нарушения осесиметричности формы и последующего распада объема капли на две части в направлении, перпендикулярном оси симметрии. Длина капли а и диаметр ее основания 2b сильно зависят от величены поля. При полном несмачивании магнитной жидкостью поверхности подложки в отсутствии поля капля принимает форму, подобную сжатому эллипсоиду. Если же объем мал (V~1,4 мм³), то она имеет форму сферы. В магнитном поле капля начинает вытягиваться вдоль силовых линий поля и преобразуется в вытянутый полуэллипсоид. В случае смачивания формирование капли на горизонтальной поверхности подложки оказывается возможным только при некотором начальном значении магнитного поля. В слабом поле или в его отсутствие объем жидкости, смачивая поверхность подложки, растекается по ней тонким слоем. В момент формирования капля магнитной жидкости имеет форму конусообразного пика с вогнутыми боковыми поверхностями. В более сильных магнитных полях ее форма, как и в предыдущем случае, приближается к вытянутому полуэллипсоиду. На немагнитной подложке капля магнитной жидкости отличается более резким увеличением диаметра вблизи основания и меньшим изменением кривизны боковой поверхности при увеличении напряженности поля.

В процессе изменения формы во всех случаях изменяется макрокраевой угол контакта капли с поверхностью подложки. Если жидкость не смачивает поверхность подложки, то с увеличением напряженности поля наблюдается уменьшение макрокраевого угла до значений, близких к 90⁰. Для капель малого объема существенно действие капиллярных сил, и угол изменяется слабее по сравнению с макрокраевым углом капель большого объема. На смоченной подложке макрокраевой угол увеличивается при усилении напряженности поля. В случае ферромагнитной подложки макрокраевой угол стремится к 90⁰, причем, изменение угла практически одинаково для капель различного объема. Но если магнитная проницаемость подложки меньше, чем жидкости, то наблюдается изменение угла.