بخشی از مقاله
چکیده
سیالات مگنتورئولوژیکال سوسپانسیونهای کلوئیدی هستند که شامل ذرات مغناطیسی پراکنده داخل فاز سیال پیوسته میباشند. در اثر اعمال میدان مغناطیسی، ذرات پراکنده در جهت میدان تشکیل آرایش زنجیروار میدهند. زنجیرههای تشکیل شده مهمترین عامل در تغییرات خواص رئولوژیکی سیالات مگنتورئولوژیکال میباشد.
در این مقاله، با استفاده از شبیهسازی CFD، اثر دو عامل شدت میدان مغناطیسی و کسر حجمی ذرات پراکنده بر روی تشکیل زنجیرهها مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که هرچه شدت میدان مغناطیسی و کسر حجمی ذرات پراکنده بیشتر باشد، تعداد زنجیرههای بیشتری تشکیل میشود و در عین حال زنجیرههای تشکیل شده شامل تعداد بیشتری از ذرات میباشند. در نتیجه افزایش شدت میدان مغناطیسی خارجی و افزایش کسر حجمی ذرات پراکنده باعث نیرومندتر شدن پدیده مگنتورئولوژی میگردد و در نتیجه تغییرات خواص رئولوژیکی سیال تسریع و تشدید میشود.
-1 مقدمه
سیالات مگنتورئولوژیکال - MR - 1 سوسپانسیونهای کلوئیدی شامل ذرات با قابلیت مغناطیسی شدن - نظیر ذرات آهن - میباشند که عمدتا قطر آنها در حدود یک تا ده میکرومتر میباشد که در سیال پایهای پراکنده شدهاند. هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال میشود، در زمان کوتاهی - میلی ثانیه - از حالت مایع به حالت نیمه جامد تغییر میکنند.
تغییرات چشمگیر خواص رئولوژیکی این سیالات وابسته به تغییرات چشمگیر در میکروساختار سوسپانسیون میباشد و این تغییرات برگشتپذیر بوده و با حذف میدان اعمالی به حالت اولیه برمیگردند. در اثر اعمال میدان خارجی، ذرات موجود در این سیال در جهت میدان اعمالی تشکیل آرایشی زنجیروار میدهند که این زنجیرههای تشکیل شده سبب تغییرات اساسی در رفتار و خواص رئولوژیکی این سیالات میگردد
خواص رئولوژیکی سیالات مگنتورئولوژیکال - که به آنها سیالات هوشمند نیز میگویند - مانند ویسکوزیته ظاهری و تنش تسلیم تابع میدان مغناطیسی اعمالی میباشد و در اثر تغییرات میدان مغناطیسی میتوان این خواص را کنترل کرد
سیالات مگنتورئولوژیکال در اثر اعمال میدان مغناطیسی تمایل دارند که از حالت مایع به حالت جامد تبدیل شوند و این رفتار ناشی از شبکهبندی زنجیرهای متشکل از ذرات در جهت میدان مغناطیسی میباشد. زنجیره-های تشکیلشده از ذرات مغناطیسی سبب ایجاد محدودیت در حرکت سیال مگنتورئولوژیکال میشوند و بدین وسیله بر خواص رئولوژیکی سیال تاثیر میگذارند. به این پدیده اثر مگنتورئولوژیکال میگویند که سبب افزایش تنش تسلیم سیالات مگنتورئولوژیکال میگردد. این پدیدهی افزایش تنش تسلیم، سریع، برگشتپذیر، قابل کنترل و متناسب با میدان مغناطیسی اعمالی میباشد
-2 اصول شبیهسازی سیال MR
در قسمت شبیهسازی سیالات MR، گام اول و در حقیقت گام مهم این است که اثر میدان را بر جهتگیری ذرات پراکنده بررسی کنیم. بدین منظور فرض میکنیم میدان یکنواختی به سیال MR اعمال شود و این بدان معناست که نیروی یکنواختی بین ذرات پراکنده وجود دارد. در نتیجه اگر بتوان نیروی ناشی از میدان را محاسبه کرد، میتوان با اضافه کردن این نیرو به نیروهای موجود در هندسه جریان، اثر میدان مغناطیسی را بر جهتگیری ذرات دید. حال که اهمیت موضوع روشن است، در پی روشی برای بدست آوردن نیروی بین ذرات خواهیم بود.
در اولین قدم برای شبیهسازی تشکیل زنجیره ذرات، دینامیک ذرات نقش اساسی را ایفا میکند، در حالیکه هیدرودینامیک جریان سیال، اهمیت ثانویه را دارد.
در غیاب میدان مغناطیسی اعمالی، سیال MR معمولا نیوتنی است. اما تحت اعمال میدان خارجی، ذرات، ممان دوقطبی مغناطیسی بدست میآورند که باعث تاثیرات متقابل قطبی میگردد که باعث تجمع ذرات و تشکیل ساختار زنجیرهای در جهت میدان مغناطیسی اعمالی میگردد.
از منظر طراحی، ایجاد یک رابطه کمی بین خواص رئولوژیکی - ویسکوزیته، تنش تسلیم و ... - و کسر حجمی ذرات، خواص مغناطیسی آنها و شدت میدان خارجی اعمالی اهمیت دارد. به دلیل پیچیدگی و محدودیتهای تجربی و سادگی بیش از حد آنالیزهای تئوری، در سالهای اخیر، مدلسازی عددی به عنوان یک ابزار پیشبینی نیرومند برای مدلسازی سیالات MR اهمیت ویژهای یافته است
-3 مدلسازی تاثیرات متقابل مغناطیسی
مسائل مگنتواستاتیک عمومی بدون جریانهای الکتریکی آزاد در دامنه محیط منفرد به وسیله معادلات ماکسول ساده شده تحت تاثیر شرایط مرزی مناسب بیان میشوند.
