ФИЗИКА/ 2.Физика твердого тела.

д.т.н. Горобец С.В. ¹, Пименов Ю.Н. ², Легенький Ю.А.²

¹Национальный технический университет Украины «КПИ»; Украина; ²Донецкий национальный университет, Украина.

Влияние напряженности магнитного поля на угол захвата парамагнитных частиц сферической ферромагнитной микронасадкой.

Применение высокоградиентных ферромагнитных насадок (ВГФН) весьма перспективно как в фильтрующих системах тонкой очистки, так и при исследованиях магнитных свойств микрочастиц в медицинских и биологических исследованиях. В настоящей работе исследована зависимость угла налипания «монослоя» микрочастиц примеси, захватываемых на шариковую микронасадку, от напряженности внешнего магнитного поля.

Измерения угла налипания L проводились на установке, визуализирующей захват микрочастиц на магнитной насадке [1], по методике изложенной в [2]. Схема эксперимента и обозначения измеряемых параметров представлены на рисунке 1А.

А	Б

Рисунок 1. А - Схема эксперимента. 1 – ФМ шарик , 2 – «монослой» осажденных частиц примеси. Б - Зависимость угла налипания монослоя парамагнитных частиц на шариковую ФМ насадку от напряженности внешнего магнитного поля L_ср(H).

Измерения проводились на ферромагнитной насадке сферической формы радиуса R = 50 мкм. Стальные микро-шарики были получены по методике, предложенной в [2]. В качестве улавливаемой примеси использовались частицы оксида гольмия Ho₂O₃ (χ=229*10^-6) с дисперсностью 3-5 мкм, внесенные в водный раствор полиэтиленоксида в концентрации 0.5 г/л. Вязкость модельной жидкости составляла 21 сСт. Величина внешнего магнитного поля H, приложенного к шариковой микронасадке, изменялась в пределах от H=1000 Э до H=8000 Э, его направление было перпендикулярно потоку модельной жидкости (рисунок 1). Скорость потока составляла - V = 30 мкм/сек.

Углы налипания L₁ и L₂ (обозначение см. рисунок 1А) измерялись при установленном значении напряженности магнитного поля с двух сторон насадки в момент образования в секторах налипания «монослоев» захваченных частиц. Данные, полученные для L_ср= (L₁+L₂)/2 в зависимости от напряженности намагничивающего поля представлены на рисунке 1Б. Из рисунка 1Б видно, что угол налипания захватываемых частиц в исследованном диапазоне напряженностей внешнего магнитного поля монотонно уменьшается с выходом на насыщение при достижении H > 5000 Э.

Одним из механизмов, дающим вклад в такое поведение L(H), может быть уменьшение магнитной проницаемости материала насадки при увеличении напряженности магнитного поля. Так, например, согласно [4], для ФМ цилиндра, помещенного в магнитное поле (рисунок 2), положение границы, между областями действия сил притяжения и отталкивания парамагнитных частиц, зависит от магнитной проницаемости материала цилиндра µ_ц. На рисунке 2, взятом из [4], эта граница, рассчитанная без учета сил гидродинамического сноса, изображена штриховой линией для двух случаев: µ_ц >> 1 (рисунок 2А), и µ_ц ~ 5 (рисунок 2Б). Из рисунка 2 видно, что с уменьшением µ_ц , которое неизбежно происходит при увеличении магнитного поля, область поверхности насадки, доступная для осаждения парамагнитных частиц уменьшается, при этом уменьшается и угол налипания.

Рисунок 2. Уменьшение области, доступной для осаждения парамагнитных частиц при уменьшении магнитной проницаемости материала.

Таким образом, в настоящей работе исследована зависимость угла налипания «монослоя» микрочастиц примеси, захватываемых на шариковую микронасадку, от напряженности внешнего магнитного поля. Установлено, что в диапазоне напряженностей внешнего магнитного поля от H=1000 Э до H=8000 Э угол налипания захватываемых частиц монотонно уменьшается с выходом на насыщение при достижении H > 5000 Э. Предлагается использовать измерение L(H) для исследования зависимостей магнитных параметров ФМ микрообъектов сферической формы от напряженности магнитного поля.

Литература:

1. Горобец С.В., Пименов Ю.Н. Установка для исследования взаимодействия насадок магнитных фильтров с неферромагнитными частицами // Наука производству.– 1998.– №4.– С.28-31.

2. Пат. №26949 України, кл. G 01 N 27/76, С 12 Q 1/24, B 01 D 35/06. Спосіб визначення магнітної сприйнятливості мікрооб’єктів /Горобець С.В., Пименов Ю.М., Горобець О. Ю. – №99020622; Заяв. 03.02.99; Опубл. 29.12.99, Бюл.№8

3. Пат. №24124, кл. В 22 F 9/14, H 01 T 1/10 Спосіб одержання металічних гранул. / Горобець С.В., Піменов Ю.М.–№97084242; Заяв. 14.08.97;Опубл. 31.08.98, Бюл.№4.

4. Мирошников В.А., Озолс Р.Я. Высокоградиентная магнитная сепарация// Магнитная гидродинамика.- 1982.- №4.- С.5-17