СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ТРЕНИЕ ПРИ ВИХРЕВОМ ТЕЧЕНИИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ ДОБАВКАМИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК


DOI: http://dx.doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-3-265-275

Полный текст:


Аннотация

Магнитная жидкость является перспективным смазывающим материалом, например в подшипниках скольжения. С помощью магнитной системы магнитная жидкость удерживается в зазоре трения, что существенно упрощает конструкцию системы смазки. Известно, что при течении обычных смазок (минерального масла, воды) в зазоре между цилиндрами с ростом скорости вращения внутреннего цилиндра происходит переход ламинарного течения в вихревое. При этом резко возрастают потери на вязкое трение. Экспериментально исследованы потери на трение в широком интервале скоростей и возможности их снижения при вихревом течении магнитной жидкости в зазоре между цилиндрами. Выявлено, что при достижении безразмерной скорости – числа Тейлора, равного 41,2, – резко увеличивается угол наклона кривой момента трения, вязкие потери тоже возрастают, т. е. происходит смена ламинарного режима течения на вихревой. Средняя температура в слое магнитной жидкости достигает 60 оC. Этот фактор приводит к повышению испарения жидкости-носителя (воды, минерального масла), что снижает ресурс работы смазки – магнитной жидкости. С целью уменьшения вязкого трения при вихревом течении магнитной жидкости в нее вводятся углеродные нанотрубки, представляющие собой цилиндры диаметром до 5,0 нм и длиной около 0,1 мм. Углеродные нанотрубки проявляют упругость при поперечном изгибе: под воздействием нагрузки изгибаются, а после ее снятия восстанавливают первоначальную форму. Они также способны удлиняться вдоль оси на 16 % и после снятия нагрузки возвращаться в исходное положение. Экспериментально получен эффект снижения трения (около 30 %) при вихревом течении магнитной жидкости введением углеродных нанотрубок в магнитные жидкости МНт-40 и МВ-32. Вероятный механизм уменьшения трения – способность нанотрубок деформироваться под воздействием пульсаций давления и скоростей вихревого потока и частично поглощать часть их энергии. Как показали эксперименты, существует оптимальная весовая концентрация добавки нанотрубок в магнитную жидкость (~10–4), при которой наблюдается максимальный эффект снижения трения на 30 %. Таким образом, введение углеродных нанотрубок в смазку (магнитную жидкость) позволяет снижать вязкое трение и соответственно увеличивать диапазон рабочих скоростей, повышать ресурс смазочного узла.


Об авторе

О. Н. Лабкович
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки: Лабкович Ольга Николаевна – Белорусский национальный технический университет, ул. Я. Коласа, 14, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 231-64-58   ftug@bntu.by



Список литературы

1. Берковский, Б. М. Магнитные жидкости / Б. М. Берковский, В. Ф. Медведев, М. С. Краков. М.: Химия, 1989. 240 с.

2. Лабкович, О. Н. Влияние углеродных наночастиц на эффективную вязкость магнитных жидкостей / О. Н. Лабкович, Л. В. Сулоева, В. А. Чернобай // Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем: сб. науч. трудов II всерос. науч. конф. Ставрополь: Ставроп. гос. ун-т, 2009. С. 139–142.

3. Харрис, П. Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы ХХI века / П. Харрис. М.: Техносфера, 2003. 336 c.

4. Елецкий, А. В. Механические свойства углеродных нанотрубок и материалов на их основе / А. В. Елецкий // Успехи физических наук. 2007. Т. 177, № 3. С. 225–261.

5. Раков, Э. Г. Нанотрубки и фуллерены / Э. Г. Раков. М.: Логос, 2006. 376 c.

6. Кашевский, Б. Э. Магнитореологический эффект в суспензии с активной несущей жидкостью / Б. Э. Кашевский, В. И. Кордонский, И. В. Прохоров // Магнитная гидродинамика. Нью-Йорк, 1988. Т. 24, № 1. С. 30–35.

7. Frene, J. Detection of Taylor Vortex Transition in Very Small Clearances by Hot Film Anemometry / J. Frene, V. Godef // Tribology. 1973. Vol. 6, No 5. Р. 178–183.

8. Ли, С. Влияние переменных плотности и вязкости на изменение режима течения между двумя концентрическими вращающимися цилиндрами / С. Ли // Проблемы трения. Сер. F. 1978. Т. 100, № 2. С. 261–270.

9. Кашевский, Б. Э. Куэттовское течение магнитной жидкости с переменными коэффициентами: вязкие напряжения, разогрев, устойчивость / Б. Э. Кашевский, В. А. Новиков // Магнитная гидродинамика. Нью-Йорк, 1986. Т. 22, № 4. С. 366–372.

10. Лэндал, М. Т. Влияние добавок на динамику турбулентных выбросов / М. Т. Лэндал // Снижение вязкого трения: cб. докл. симпозиума. М.: Машиностроение, 1984. C. 312–325.

11. Симоненко, А. П. Турбулентное течение водных растворов мицеллообразующих ПАВ в зазоре между коаксиальными цилиндрами / А. П. Симоненко // Инженернофизический журнал. 1980. Т. 38, № 2. С. 231–234.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Лабкович О.Н. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ТРЕНИЕ ПРИ ВИХРЕВОМ ТЕЧЕНИИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ ДОБАВКАМИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2017;60(3):265-275. DOI:10.21122/1029-7448-2017-60-3-265-275

For citation: Labkovich O.N. REDUCTION OF FRICTION LOSSES DUE TO THE VORTEX FLOW OF THE MAGNETIC FLUID CAUSED BY THE ADDITIVES OF CARBON NANOTUBES. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2017;60(3):265-275. (In Russ.) DOI:10.21122/1029-7448-2017-60-3-265-275

Просмотров: 103

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)