Method of Research on the Dynamic Viscosity of Magnetic Fluids at High Shear Rate

• Autorzy: Szczęch Marcin , Horak Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.4900

Warianty tytułu

PL

Metoda wyznaczania lepkości dynamicznej cieczy magnetycznych w wysokich szybkościach ścinania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Magnetic fluids have an important position in the design of technical systems due to their unique properties. They are used primarily in mechanical energy dissipation systems, i.e. brakes and vibration dampers, as well as in the design of seals. In many applications, the magnetic fluid operates at high flow velocities through narrow slots. Therefore, there is a need to determine the rheological properties of this type of substance at high shear rates. Due to the high density of magnetic fluids and the associated occurrence of mass forces, as well as the requirements regarding the distribution of the magnetic field, the measurement of the viscosity of magnetic fluids at high shear rates is extremely difficult when conventional measuring systems are used. The paper presents a proposal for a new measuring system and a method to determine the viscosity of magnetic fluids at high shear rates, as well as the results of research on the possibility of using the presented structure in the case of ferrofluids.

PL

Ciecze magnetyczne ze względu na swoje unikatowe właściwości mają ugruntowaną pozycję w konstrukcji układów technicznych. Znalazły zastosowanie przede wszystkim w systemach dyssypacji energii mechanicznej, tj. hamulcach i amortyzatorach drgań, jak również w konstrukcji uszczelnień. W wielu aplikacjach ciecz magnetyczna pracuje w warunkach wysokich prędkości przepływu przez wąskie szczeliny. W związku z tym istnieje potrzeba wyznaczania właściwości reologicznych tego typu substancji przy wysokich szybkościach ścinania. Ze względu na znaczną gęstość cieczy magnetycznych i związane z tym występowanie sił masowych, jak również wymagania odnośnie do przestrzennego rozkładu pola magnetycznego pomiar lepkości cieczy magnetycznych w wysokich szybkościach ścinania w przypadku zastosowania konwencjonalnych układów pomiarowych jest istotnie utrudniony. W pracy przedstawiono propozycję nowego układu pomiarowego, metody pomiaru lepkości cieczy magnetycznych w wysokich szybkościach ścinania oraz wyniki badań dotyczących możliwości wykorzystania przedstawionej konstrukcji w przypadku ferrocieczy.

Słowa kluczowe

EN

magnetic fluids; ferrofluids; rheology; high shear rate; flow curve

PL

ciecze magnetyczne; ferrociecz; reologia; wysoka szybkość ścinania; krzywe płynięcia

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 1
• Strony: 53--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Szczęch Marcin

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-1997-357X

autor

Horak Wojciech

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Kraków

• https://orcid.org/000-0002-2258-4233

Bibliografia

• 1. Odenbach S.: Ferrofluids-magnetically controlled suspensions, “Colloids and Surface” 2003, 217, pp. 171–178, https://doi.org/10.1016/S0927-7757(02)00573-3
• 2. Vekas L.: Ferrofluids and Magnetorheological Fluids, “Advances in Science and Technology” 2008, 54, pp. 127–137, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.54.127
• 3. Gas P., Miaskowski A., Dobrowolski D.: Modelling the tumor temperature distribution in anatomically correct female breast phantom, “Przeglad Elektrotechniczny” 2020, vol. 96, no. 2, pp. 146–149, DOI: 10.15199/48.2020.02.35
• 4. Olabi A.G., Grunwald S.: Design and application of magnetorheological fluid, “Materials and Design” 2007, 28(10), pp. 2658–2664, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2006.10.009
• 5. Lampaert S., Spronck J., van Ostayen R.: Load and stiffness of a planar ferrofluid pocket bearing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, “Part J: Journal of Engineering Tribology” 2018, 232(1), pp. 14–25, https://doi.org/10.1177/1350650117739200
• 6. Jonsson U., Bhushan B.: Measurement of rheological properties of ultrathin lubricant films at very high shear rates and near‐ambient pressure, “Journal of Applied Physics” 1995, 78, pp. 3107–3114, https://doi.org/10.1063/1.359995
• 7. Flores G.A., Ivey M.L., Liu J., Mohebi M., Jamasbi N.: Magnetorheological Suspensions and Associated Technology, 5th International Conference on Electrorheological Fluids, Sheffield 1995.
• 8. De Gans B.J., Duin N.J., Henricus T.M., Mellema J.: The influence of particle size on the magnetorheological properties of an inverse ferrofluid, “Journal of chemical physics” 2000, 113(6), pp. 2032–2042, https://doi.org/10.1063/1.482011
• 9. Genç S., Phulé, P.P.: Rheological properties of magnetorheological fluids, “Smart Materials and Structures” 2002, 11(1), pp. 140–146, https://doi.org/10.1088/0964-1726/11/1/316
• 10. Bossis G., Volkova O., Lacis S., Meunier A.: Magnetorheology: Fluids, Structures and Rheology. In: Odenbach S. (eds) Ferrofluids. Lecture Notes in Physics, vol 594. Springer, Berlin, Heidelberg 2002, https://doi.org/10.1007/3-540-45646-5_11
• 11. Esmaeilnezhad E., Jin Choi H., Schaffie M., Gholizadeh M., Ranjbar M., Hyuk Kwon S.: Rheological analysis of magnetite added carbonyl iron based magnetorheological fluid, “Journal of Magnetism and Magnetic Materials” 2017, 444(1), pp. 161–167, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.08.023
• 12. Zhang X., Li W., and Gong X., L.: Study on magnetorheological shear thickening fluid, “Smart Materials and Structures” 2008, 17(1), pp. 1–6, https://doi.org/10.1088/0964-1726/17/1/015051
• 13. Laeuger J.,Wollny K., Stettin H., Siegfried H.: A new device for the full rheological characterization of magneto-rheological fluids, “International Journal of Modern Physics B” 2005, 19, pp. 1353–1359, https://doi.org/10.1142/S0217979205030293
• 14. Laun H., M., Schmidt G., Gabriel C., Kieburg Ch.: Reliable plate–plate MRF magnetorheometry based on validated radial magnetic flux density profile simulations, “Rheol Acta” 2008, 47, pp. 1049–1059, https://doi.org/10.1007/s00397-008-0305-0
• 15. Ren Z.S., Zheng D., Hu L.Y., Huang Ch.B.: Design and Analysis of a Novel Magnetorheometer, “Applied Mechanics and Materials” 2012, Vols. 101–102, pp. 154–157, 10.4028/www.scientific.net/AMM.101-102.154
• 16. Chen S., Huang J., Shu H., Sun T., Jian K.: Analysis and Testing of Chain Characteristics and Rheological Properties for Magnetorheological Fluid, “Advances in Materials Science and Engineering” 2013, vol. 2013, Article ID 290691, https://doi.org/10.1155/2013/290691
• 17. Kang L., Luo Y., Liu Y.: Testing Device for Rheological Properties of Magnetorheological Fluid at High Shear Rate, “Journal of Failure Analysis and Prevention”, 2017, 17(3), pp. 1–8, https://doi.org/10.1007/s11668-017-0277-4
• 18. Wang X., Gordaninejad F.: Study of magnetorheological fluids at high shear rates, “Rheologica Acta” 2016, 45(6), pp. 899–908, https://doi.org/10.1007/s00397-005-0058-y
• 19. Pipe, C.J., Majmudar, T.S. & McKinley, G.H. High shear rate viscometry, “Rheol Acta” 2008, 47, pp. 621–642, https://doi.org/10.1007/s00397-008-0268-1
• 20. Allebrandi S.M., van Ostayen R.A.J., Lampaert S.G.E.: Capillary rheometer for magnetic fluids, “Journal of Micromechanics and Microengineering” 2020, vol. 30, pp. 015002, https://doi.org/10.1088/1361-6439/ab3f4c
• 21. Park G.S., Park S.H.: Determination of the curvature of the magnetic fluid under the external forces, “IEEE Transactions on Magnetics” 2002, vol. 38, pp. 957–960, https://doi.org/10.1109/20.996246
• 22. Kuncser A., Iacob N., Kuncser V.: On the relaxation time of interacting superparamagnetic nanoparticles and implications for magnetic fluid hyperthermia, “Journal of Nanotechnology” 2019, vol. 10, pp. 1280–1289, https://doi.org/10.3762/bjnano.10.127
• 23. https://www.ferrotec.com

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).