摘要
磁性液体密封具有零泄漏、长寿命、高可靠性等传统密封无可比拟的优势，在航天、军工等领域发挥了重要作用，但目前应用中存在部分工况下阻力矩过大甚至导致密封件失效的问题，且该问题在低温下尤为突出，制约了磁性液体密封在高端场合的应用。磁性液体的流变特性会直接影响其密封性能，深入研究磁性液体流变特性及其微观机理对制备和选用合适流变特性的磁性液体以改善磁性液体密封力矩性能具有重要的理论研究价值和工程指导意义。 本文首先采用TEM和VSM对研究所用磁性液体进行了颗粒粒径和磁化性能表征，并基于粒径分布理论和磁化理论计算得到了磁性液体的颗粒粒径分布、饱和磁化强度、体积分数和固相磁性材料的饱和磁化强度等用于磁性液体流变特性微观机理分析的关键参数。 之后采用旋转测量和振荡测量研究了微观组成和结构不同的多种磁性液体在温度场、磁场和流场多耦合场下的磁粘特性、剪切稀化特性、屈服特性、粘弹性和粘温特性，并基于TEM和VSM表征结果和微观成链理论分析了磁性颗粒体积分数、粒径分布和磁场、温度、剪切速率等决定场致结构体系形成和演变的因素对磁性液体流变特性的影响机理。磁性液体的粘度、屈服应力和存储模量均随着磁场增强、温度降低而增大，但强磁场下磁性液体还存在磁粘降效应，表现为磁场增强时粘度的下降，屈服应力和模量也随之下降，定义了磁粘降系数R定量描述磁性液体强磁场下的磁粘降效应，提出了强磁场下不同场致结构体系发生磁粘降的微观机理。磁偶极相互作用较强、体积分数较小的磁性液体剪切稀化程度较弱且粘度曲线中存在很宽的低剪切平台，该平台随着磁场增强和温度降低发生倾斜，强磁场下跨间隙长链的形成会在粘度曲线的中段引入平台状区域。不考虑相分离的影响，磁性液体的磁粘系数随温度升高先下降后上升，提出一种Gauss型函数很好地描述了磁粘系数与温度的关系，但磁性液体的粘温特性主要由基载液的粘温特性决定，零磁场和外磁场下的粘温曲线呈指数型下降并趋于一个共同的高温平台，可以采用Vogel粘温方程很好地拟合。 最后针对流变特性研究中发现的有助于降低磁性液体密封阻力矩的特性开展了力矩实验。设计了单、双磁源磁性液体密封结构，搭建耐压力矩实验台研究了不同磁源密封结构在不同密封间隙和转速下的力矩变化规律。双磁源结构密封间隙内的磁场强度相比单磁源结构明显增强且处在磁粘降区域，其耐压值提高的同时启动力矩和运转力矩均减小。增大密封间隙会减小密封阻力矩。
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