磁性液體密封理論及應(yīng)用

前言

　　磁性液體是將納米尺度的磁性顆粒高度彌散地分散在基載液中而形成的穩(wěn)定的膠體溶液。20世紀(jì)60年代，研究初期，國(guó)外文獻(xiàn)中對(duì)其采用Ferro Huid一詞，中譯名為“磁流體”，鑒于磁流體早已成為等離子體發(fā)電中應(yīng)用的名詞，然而，流體還應(yīng)包括液體與氣體，顯然再用磁流體一詞是不確當(dāng)?shù)?，而采用磁性液體一詞更為妥帖。80年代起這一詞在國(guó)內(nèi)已逐步被公認(rèn)，國(guó)外也變更為相應(yīng)的Magneticliquid一詞。磁性液體應(yīng)用十分廣泛，其中最重要的應(yīng)用之一就是磁性液體密封。磁性液體密封是利用磁性液體對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)特性而實(shí)現(xiàn)的。磁性液體密封具有嚴(yán)密的密封性，不可測(cè)量的泄漏率，長(zhǎng)壽命，可靠性高，沒有污染，能承受高轉(zhuǎn)速，最佳的扭矩傳遞、低的黏性摩擦；磁性液體密封即使在中斷運(yùn)行時(shí)，也不像彈性密封在停機(jī)期間受增塑和弛豫的影響等優(yōu)點(diǎn)。正因如此，磁性液體密封在很多行業(yè)有著重要的不可替代的作用?！　〈判砸后w密封的研究涉及多學(xué)科的綜合，就磁性液體密封的理論分析而言，利用了熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理和量子力學(xué)的基本原理，以及流體力學(xué)和電磁學(xué)的基本方程，就應(yīng)用而言，它涉及機(jī)械、材料、磁路設(shè)計(jì)等。作者從1989年開始一直從事這一技術(shù)的研究，先后完成了包括2項(xiàng)國(guó)家重大專項(xiàng)，6項(xiàng)軍工項(xiàng)目及4項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金在內(nèi)的省部級(jí)以上項(xiàng)目共16項(xiàng)，對(duì)磁性液體密封的理論及應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，取得了一系列創(chuàng)新成果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在磁性液體制備方面，作者采用化學(xué)共沉淀法成功制備了包括水基、二酯基、氟碳化合物基等7種具有實(shí)用價(jià)值的磁性液體；在磁性液體密封理論方面，作者從一般流體力學(xué)的質(zhì)量守恒方程、運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，推導(dǎo)了磁性液體的質(zhì)量守恒方程和運(yùn)動(dòng)方程，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了磁性液體的伯努利方程，進(jìn)而得出磁性液體密封的耐壓公式。鑒于各種文獻(xiàn)中有關(guān)磁性液體在磁場(chǎng)中所受磁體積力的表達(dá)式不同，作者進(jìn)行了深入分析，揭示了其本質(zhì)的一致性；在磁性液體靜密封方面，作者研究了磁性液體靜密封的失效機(jī)理及密封間隙中磁性液體固體顆粒的凝聚規(guī)律，在此基礎(chǔ)上得出了提高磁性液體靜密封壽命的有效方法；在磁性液體旋轉(zhuǎn)密封方面，作者研究了在磁性液體黏度變化時(shí)密封軸旋轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算方法和各種參數(shù)對(duì)密封性能的影響；在磁性液體往復(fù)密封方面，發(fā)現(xiàn)了磁性液體往復(fù)密封失效機(jī)理，建立了磁性液體變形和攜帶量研究數(shù)學(xué)模型；將麥克斯韋方程和納維-斯托克斯方程聯(lián)合求解，推導(dǎo)出了往復(fù)軸磁性液體耐壓公式及磁性液體被攜帶量公式；在理論指導(dǎo)下，發(fā)明了往復(fù)軸磁性液體密封的新結(jié)構(gòu)，并成功應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備的往復(fù)密封中；這些成果都是國(guó)際領(lǐng)先的。

內(nèi)容概要

本書共分7章：第1章介紹了磁性液體的制備方法，物理性能及磁性液體的典型應(yīng)用。第2章論述了磁性液體密封的理論基礎(chǔ)。這包括從一般流體的質(zhì)量守恒方程，運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)推導(dǎo)出磁性液體質(zhì)量守恒方程，運(yùn)動(dòng)方程。進(jìn)而得出磁性液體的伯努利方程和磁性液體密封耐壓公式。第3章闡述了磁性液體密封磁場(chǎng)的計(jì)算。第4章分析了磁性液體密封設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題；第5～7章分別詳細(xì)分析了磁性液體的靜密封、旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封設(shè)計(jì)的理論及應(yīng)用?！　”緯晒┟芊庠O(shè)計(jì)開發(fā)與制造專業(yè)技術(shù)人員、高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生、博士生、科研機(jī)構(gòu)的研究人員以及對(duì)此技術(shù)有興趣人員閱讀和參考。

書籍目錄

序一 序二 前言 第1章 磁性液體 　1.1 引言 　1.2 磁性液體的制備方法 　　1.2.1 共沉淀法 　　1.2.2 粉碎法 　　　　1.2.3 陰離子交換樹脂法 　　1.2.4 氫還原法 　　1.2.5 火花電蝕法 　　1.2.6 紫外線分解法 　　1.2.7 熱分解法 　　1.2.8 真空蒸發(fā)法 　　1.2.9 電著法 　1.3 磁性液體的物理性能 　　1.3.1 磁性液體的黏度 　　1.3.2 磁性液體的密度 　　1.3.3 磁性液體的磁化強(qiáng)度 　1.4 磁性液體的應(yīng)用 　　1.4.1 磁性液體的研磨 　　1.4.2 磁性液體潤(rùn)滑 　　1.4.3 磁性液體阻尼器件 　　1.4.4 磁性液體用于選礦分離 　　1.4.5 磁性液體減阻 　　1.4.6 磁性液體在閥門行業(yè)中的應(yīng)用 　　1.4.7 磁性液體在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 　　1.4.8 磁性液體在傳感器中的應(yīng)用 　參考文獻(xiàn) 第2章 磁性液體密封的理論基礎(chǔ) 　2.1 概述 　2.2 磁性液體的質(zhì)量守恒方程 　　2.2.1 一般流體的質(zhì)量守恒方程 　　2.2.2 磁性液體的質(zhì)量守恒方程 　2.3 不考慮內(nèi)部自由度的磁性液體運(yùn)動(dòng)方程 　　2.3.1 一般流體的Navier-Stokes方程 　　2.3.2 磁性液體徹體力的能量法 　　2.3.3 磁性液體徹體力的其他常用表達(dá)式 　2.4 磁性液體動(dòng)力學(xué)方程的邊界條件 　2.5 磁性液體的伯努利方程 　　2.5.1 從一般形式的徹體力密度推導(dǎo)液體的伯努利方程 　　2.5.2 從其他形式的徹體力密度推導(dǎo)磁性液體的伯努利方程 　參考文獻(xiàn) 第3章 磁性液體密封磁場(chǎng)的計(jì)算 　3.1 磁場(chǎng)計(jì)算的理論基礎(chǔ)——麥克斯韋方程組 　　3.1.1 麥克斯韋方程組的微分形式 　　3.1.2 麥克斯韋方程組的積分形式 　　3.1.3 麥克斯韋方程組的邊界條件 　3.2 標(biāo)量位和矢量位微分方程及其邊界條件 　3.3 磁場(chǎng)的有限元法 　　3.3.1 概述 　　3.3.2 二維電磁場(chǎng)的有限元法 　　3.3.3 稀土永磁的處理 　3.4 磁場(chǎng)計(jì)算 　3.5 磁性液體密封磁場(chǎng)的磁路計(jì)算 　　3.5.1 磁路的基本定律 　　3.5.2 永磁磁路的計(jì)算 　　3.5.3 磁性液體密封的磁路模型 　　3.5.4 磁性液體密封磁路的磁導(dǎo)計(jì)算 　　3.5.5 磁性液體密封中磁路的計(jì)算方法 　參考文獻(xiàn) 第4章 磁性液體密封的設(shè)計(jì) 　4.1 磁性液體密封原理 　　4.1.1 磁性液體密封的優(yōu)點(diǎn) 　　4.1.2 磁性液體密封破壞的機(jī)理 　……第5章 磁性液體靜密封 第6章 磁性液體旋轉(zhuǎn)密封 第7章 磁性液體往復(fù)密封

章節(jié)摘錄

　　1.靶向給藥　　在傳統(tǒng)的癌癥的化、放療中，因細(xì)胞毒性藥物和放射線對(duì)癌細(xì)胞和正常細(xì)胞的非特異性，在治療過程中不可避免地產(chǎn)生了嚴(yán)重的毒副作用，治療的效果也并不理想。人們?cè)噲D改變藥物在體內(nèi)的分布來減少治療中的毒副作用，靶向給藥治療使之成為可能?！　“邢蚪o藥又稱生物炸彈，是靶向治療的一種，它通過磁性靶向給藥系統(tǒng)對(duì)腫瘤部位進(jìn)行治療，并將藥物和適當(dāng)?shù)拇判圆牧霞氨匾o助材料制成磁性藥物，配置成一種抗腫瘤磁性液體，通過血管注入人體后，再在足夠強(qiáng)的外磁場(chǎng)導(dǎo)向作用下，隨磁場(chǎng)沿血管移動(dòng)到腫瘤的組織，藥物在腫瘤組織細(xì)胞間釋放，在細(xì)胞或亞細(xì)胞水平上發(fā)揮藥效作用，因此對(duì)正常組織無太大影響。　　Gupta等[41]將磁性清蛋白微球作為亞德里亞霉素的靶向藥物載體用于老鼠體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，均取得了良好的效果?！　≈芷郊t等[42]進(jìn)行了磁性阿霉素脂質(zhì)體在大腸癌裸鼠體內(nèi)靶向定位實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，外加磁場(chǎng)的磁性阿霉素脂質(zhì)體組腫瘤組織內(nèi)阿霉素濃度明顯高于其他實(shí)驗(yàn)組。　　2.血管栓塞　　將磁性液體的磁流變性應(yīng)用于血管栓塞，磁性納米顆粒的直徑是一個(gè)重要的參數(shù)，粒徑過大，會(huì)發(fā)生血管異位栓塞和滯留；粒徑過小，流變性差，則達(dá)不到栓塞的效果。實(shí)際上，影響磁控栓塞的因素很多，磁性納米顆粒的種類、顆粒的形態(tài)、介質(zhì)的流速、血管的粗細(xì)及厚薄、外磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁性液體的給予量等均會(huì)影響栓塞的效果?！　lore8和sheng【43】提出將磁性液體應(yīng)用于局部栓塞血管，阻止血液的流動(dòng)，使癌細(xì)胞得不到營(yíng)養(yǎng)，停止生長(zhǎng)而死亡，進(jìn)一步可應(yīng)用于外科腫瘤切除手術(shù)，減少出血和活性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的概率?！　?guó)內(nèi)的蔣學(xué)祥等【44】以磁性微球?yàn)樗ㄈ麆┮策M(jìn)行了類似研究，采用磁性液體進(jìn)行動(dòng)脈栓塞，在外加磁場(chǎng)控制下，完全阻斷或部分阻斷血管內(nèi)血液流動(dòng)，顯示出了良好的體內(nèi)磁響應(yīng)性?！　　?/pre>








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