鐵磁流體力學(xué)參考書(shū)目

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下飯坂潤(rùn)三著，磁性流體，《日本金屬學(xué)會(huì)會(huì)報(bào)》，第15卷，No.2，p.77，1976。

目前大致可分為四個(gè)方面：

①遙控定位 利用作用在鐵磁流體上的力定位和控制物體。因鐵磁流體有磁力效應(yīng)，故可用電磁鐵或永久磁鐵遙控定位內(nèi)含鐵磁粒子的潤(rùn)滑劑或阻尼液體。這種效應(yīng)可用在動(dòng)力密封軸承和阻尼器等方面。這是鐵磁流體技術(shù)應(yīng)用最廣的方面。

②分離物質(zhì) 利用作用在鐵磁流體中物體上的力分離比重不同的物質(zhì)。磁場(chǎng)對(duì)鐵磁流體的壓力分布有強(qiáng)烈影響。如果磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，則鐵磁流體中的壓力分布也發(fā)生變化，其效果就相當(dāng)于改變鐵磁流體的表觀比重，使浸沒(méi)在其中的比重不同的物體或沉或浮。比重差分離裝置就是基于這種原理制成的。有些國(guó)家已用這種設(shè)備從礦渣、爐渣和廢料中分離出各種有色金屬及其他有用物質(zhì)。

③制造特殊墨水 鐵磁流體是強(qiáng)磁化的流體，這種流體介質(zhì)易于流動(dòng)，對(duì)磁場(chǎng)特別敏感，因此用鐵磁流體制成的特殊墨水，可用來(lái)印刷文字、描繪曲線和圖形，并可望取代現(xiàn)行電子計(jì)算機(jī)的讀出裝置。

④進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換 利用磁對(duì)流現(xiàn)象可把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在封閉系統(tǒng)的一端加熱，鐵磁流體溫度升高，磁化強(qiáng)度減小，產(chǎn)生不平衡磁體力，導(dǎo)致磁對(duì)流。磁熱管、磁熱泵和磁熱發(fā)電都是基于這個(gè)原理。

鐵磁流體力學(xué)基本方程組和普通流體力學(xué)基本方程組比較，有兩點(diǎn)不同：運(yùn)動(dòng)方程須加磁力效應(yīng)項(xiàng)；能量方程須加磁熱效應(yīng)項(xiàng)。此外，還需引入靜磁學(xué)方程，便可構(gòu)成描述鐵磁流體的基本方程組（見(jiàn)流體力學(xué)基本方程組）。

鐵磁流體中的磁力來(lái)自其中的鐵磁粒子，這些粒子受到磁力作用有相對(duì)于流體滑移的趨勢(shì)，從而帶動(dòng)整個(gè)流體運(yùn)動(dòng)。磁矩為M的鐵磁流體在磁場(chǎng)強(qiáng)度H作用下，每單位體積的磁力為（如為真空磁導(dǎo)率），這就是磁力效應(yīng)的修正項(xiàng)。鐵磁流體的流動(dòng)不是絕熱的。磁場(chǎng)變化時(shí)，鐵磁流體中的鐵磁粒子被加熱，導(dǎo)致流體溫度的變化，磁場(chǎng)變化越大，溫度變化也越大，此即磁熱效應(yīng)。

在均勻磁場(chǎng)中的無(wú)粘性不可壓縮鐵磁流體，其溫度均勻分布，流體元的磁化強(qiáng)度與外加磁場(chǎng)方向一致。對(duì)于這種鐵磁流體在重力影響下的定常無(wú)旋流動(dòng)，其基本方程可大為簡(jiǎn)化。積分它的運(yùn)動(dòng)方程后，可得到鐵磁流體力學(xué)的廣義伯努利方程（見(jiàn)伯努利定理）：

式中p為壓力；v為流速；ρ為流體密度；g為重力加速度；z為垂直向上的坐標(biāo)；C為常數(shù)。廣義伯努利方程是鐵磁流體許多技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

鐵磁流體是把經(jīng)過(guò)表面活性劑處理過(guò)的超細(xì)鐵磁粒子均勻分散在流體載體中而構(gòu)成的混合液。為使其中的鐵磁粒子在重力、離心力（見(jiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）和強(qiáng)磁場(chǎng)長(zhǎng)期作用下不凝聚、不沉淀，鐵磁粒子的直徑應(yīng)小于15納米，表面活性劑厚度和粒子直徑之比應(yīng)不小于0.2，粒子的數(shù)密度約為1017～1018厘米-3。這樣就可把鐵磁流體看作連續(xù)介質(zhì)。按流體載體的導(dǎo)電性能，鐵磁流體可分為導(dǎo)電的（流體載體為水銀、鎵合金等等）和不導(dǎo)電的（流體載體為水、煤油、碳?xì)浠衔?、氟化碳等等）兩種。

鐵磁流體的性質(zhì)取決于鐵磁粒子的磁特性和流體載體的物理特性。與通常固體鐵磁體不同，鐵磁流體具有超順磁性：有外加磁場(chǎng)時(shí)，立即顯示強(qiáng)磁性；去掉外加磁場(chǎng)時(shí)，則整體去磁。鐵磁流體的磁化強(qiáng)度M（表征介質(zhì)磁性“強(qiáng)度”的一種尺度）隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加而增大，并趨向飽和磁化強(qiáng)度M₃（圖1）。在一定外加磁場(chǎng)下，鐵磁流體的磁化強(qiáng)度與鐵磁粒子的體積濃度成正比。無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁流體的動(dòng)力粘性系數(shù)同鐵磁粒子的濃度有關(guān)。有外加磁場(chǎng)時(shí)，其動(dòng)力粘性系數(shù)隨場(chǎng)強(qiáng)增加而增大，并趨向某一定值，其中平行于流動(dòng)方向v的磁場(chǎng)所引起的粘性系數(shù)增值大于垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)所引起的粘性系數(shù)增值（圖2）。

早在18世紀(jì)下半葉，英國(guó)自然哲學(xué)家G．奈特在磁學(xué)研究中就意識(shí)到鐵磁流體的重要性和應(yīng)用的可能性。他試圖將鐵粉撒入水中制取鐵磁流體，但未成功。20世紀(jì)60年代初，S．S．帕佩耳和R．E．羅森斯韋克等明確提出鐵磁流體力學(xué)理論。帕佩耳首先把鐵磁流體用于在失重條件下控制燃料的注入。由于人工制備鐵磁流體獲得成功，鐵磁流體的應(yīng)用迅速向各科技領(lǐng)域滲透，鐵磁流體力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究才取得進(jìn)展。

很多材料都表現(xiàn)出鐵磁性，包括鐵、鈷、鎳等等。它們?cè)诰永餃囟戎卤憩F(xiàn)出鐵磁性，在居里溫度之上則顯示順磁性。

鐵磁體的應(yīng)用非常廣泛，包括：

（1）永磁鐵。很多永磁體采用鐵磁物質(zhì)作為材料。鐵磁體不容易被去磁，場(chǎng)強(qiáng)較高是他的最大優(yōu)點(diǎn)。

（2）單磁疇材料。單磁疇材料在科學(xué)研究中廣受重視。而且鐵磁材料也可以用來(lái)制作超順磁性材料，展現(xiàn)出非常不同的物理性質(zhì)。2100433B

雖然鐵磁諧振在國(guó)內(nèi)外已有很多研究成果，在電網(wǎng)運(yùn)行中也采取了許多消諧措施，但小電流接地系統(tǒng)的鐵磁諧振事故卻依然頻繁發(fā)生。當(dāng)調(diào)控員誤將鐵磁諧振當(dāng)成接地或斷線故障進(jìn)行排查而延遲事故處理時(shí)，一次設(shè)備往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞 。

鐵磁性（Ferromagnetism）指的是一種材料的磁性狀態(tài)，具有自發(fā)性的磁化現(xiàn)象。各材料中以鐵最廣為人知，故名之。

某些材料在外部磁場(chǎng)的作用下得而磁化后，即使外部磁場(chǎng)消失，依然能保持其磁化的狀態(tài)而具有磁性，即所謂自發(fā)性的磁化現(xiàn)象。 所有的永久磁鐵均具有鐵磁性或亞鐵磁性。

基本上鐵磁性這個(gè)概念包括任何在沒(méi)有外部磁場(chǎng)時(shí)顯示磁性的物質(zhì)。至今依然有人這樣使用這個(gè)概念。但是通過(guò)對(duì)不同顯示磁性物質(zhì)及其磁性的更深刻認(rèn)識(shí)，學(xué)者們對(duì)這個(gè)概念做了更精確的定義。 一個(gè)物質(zhì)的晶胞中所有的磁性離子均指向它的磁性方向時(shí)才被稱(chēng)為是鐵磁性的。 若其不同磁性離子所指的方向相反，其效果能夠相互抵消則被稱(chēng)為反鐵磁性。 若不同磁性離子所指的方向相反，但是有強(qiáng)弱之分，其產(chǎn)生的效果不能全部抵消，則稱(chēng)為亞鐵磁性。

物質(zhì)的磁性現(xiàn)象存在一個(gè)臨界溫度，在此溫度之上，鐵磁性會(huì)消失而變成順磁性，在此溫度之下鐵磁性才會(huì)保持。 對(duì)于鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)，此溫度被稱(chēng)為居里溫度（雖然都稱(chēng)為居里溫度，但二者是有差別的）；對(duì)于反鐵磁性物質(zhì)，此溫度被稱(chēng)為奈爾溫度。

有人認(rèn)為磁鐵與鐵磁性物質(zhì)之間的吸引作用是人類(lèi)最早對(duì)磁性的認(rèn)識(shí)。