Расчет магнито-вязкостного эффекта в рамках полидисперсной модели образования цепочечных агрегатов в магнитных жидкостях (мж)

С.С. Канторович  (Екатеринбург)

Впервые явление возрастания вязкости мж с увеличением напряженности внешнего магнитного поля было обнаружено более 30 лет назад в экспериментах [1], показавших зависимость вязкости не только от напряженности магнитного поля, но и от направления вектора поля относительно потока. Известная теория [2] позволила описать наблюдаемый магнито - вязкостный эффект. Согласно [3,4], результаты экспериментов из [3] (резкое возрастание вязкости при нулевой скорости сдвига) не удается теоретически описать в предположении о наличии лишь одиночных частиц [2]. В работе [4] предполагалось, что на изменение вязкости влияют крупные агрегаты, образовывающиеся под действием магнитного диполь - дипольного взаимодействия. Наиболее вероятными структурами являются цепочки. Практически все известные модели образования цепочечных агрегатов в мж не учитывали влияние полидиспернсности на процесс объединения частиц в цепочки, за исключением [4,5], где реальная феррожидкость заменялась бидисперсной системой - крупно- и мелкодисперсной фракциями. В [4] только крупные частицы участвовали в процессе агрегирования, а мелкие выступали в качестве фона. Используя эту модель, в [4] был описан магнито - вязкостный эффект. Оказалось, что, в случае течения с нулевой скоростью сдвига, теоретический результат согласовывался с экспериментами в [3]. Однако, как было показано в [6], учет мелкодисперсной фракции в формировании агрегатов приводит к существенному уменьшению средней длины цепочек (эффект отравления). Возникает вопрос: «Если агрегаты становятся короче, не скажется ли это на реологических свойствах?». Для проверки эффекта отравления теория в [4] была расширена на случай модели [5]. Был рассчитан магнито - вязкостный эффект в модельной бидисперсной мж с учетом трех наиболее вероятных топологических классов цепочек (см. [6]). Оказалось, что, несмотря на уменьшение средней длины агрегатов, рост их объемной концентрации позволяет достичь экспериментально наблюдаемого возрастания вязкости.

Работа поддержана грантами РФФИ № 03-02-16115а, Президента РФ №02-15-99308м и выполнена в рамках программы НОЦ УрГУ (REC-005) при финансовой поддержке АФГИР (CRDF) и Минобразования РФ.

 

1. J. P. McTague, J. Chem. Phys. 51 (1969).

2. М. И. Шлиомис, ЖЭТФ, 34 (1972).

3. S.Odenbach, Magnetoviscouse Effect in Ferrofluids (Springer, 2002).

4. A.Yu. Zubarev, Lecture Notes in Physics (Springer, 2002).

5. S.S Kantorovich., A.O Ivanov., J. Magnetism Magnetic Materials, 252 (2002) 244.

6. S.S. Kantorovich, J. Magnetism Magnetic Materials, 2002, (принято в печать).