Модель "трубок-слоев" намагничиваемой цепочки шаров: магнитные свойства, оценка гиперусиления поля между шарами

Аннотация

В намагничиваемом гранулированном материале проводниками-каналами магнитного потока являются цепочки гранул. Получены экспериментальные данные магнитных потоков по восьми условным сердцевинам (разного относительного радиуса r_c / R = 0,2--0,9) намагничиваемой цепочки шаров, что позволяет установить данные магнитных потоков по семи "трубкам-слоям" среднего радиуса r_p / R = 0,25--0,85. В диапазоне напряженности H намагничивающего поля от 10 до 50...55 кА/м полевые зависимости этого параметра и более универсального (не зависящего от радиуса шаров в цепочке) параметра плотности магнитного потока, т. е. магнитной индукции B_p в каждой "трубке", близки к линейным. Тем самым практически постоянными в этом диапазоне H оказываются индивидуальные для разных "трубок" значения их магнитной проницаемости μ_p, которая является также носителем важной информации о том, во сколько раз локальная напряженность h поля между шарами превышает величину H. При r_p / R ≤ 0,4 значения h на порядок и более превышают H, а при r_p / R >> 0,4 и вплоть до периферии пространства между шарами --- в разы. Убывающая зависимость μ_p = h / H от r_p / R, представляющая интерес для решения задач тонкого магнитного разделения материалов (с применением намагничиваемых сред-матриц), подчиняется обратной квадратичной функции, а уровень неоднородности поля --- обратной кубической функции

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках Государственного задания в сфере науки (проект № 0706-2020-0024)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А., Горпиненко Ю.О. и др. Модель "трубок-слоев" намагничиваемой цепочки шаров: магнитные свойства, оценка гиперусиления поля между шарами. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2023, № 3 (144), с. 49--61. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2023-3-49-61

Литература

[1] Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Gorpinenko Y.O., et al. A chain of granules as a model element of a "bundle" of chains in a magnetized matrix: new opportunities for diagnostics. J. Magn. Magn. Mat., 2022, vol. 546, art. 168911. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168911

[2] Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Горпиненко Ю.О. и др. К модели поцепочного намагничивания гранулированной среды: вариант магнитной диагностики цепочек шаров. Российский технологический журнал, 2021, т. 9, № 5, с. 36--44. DOI: https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-5-36-44

[3] Куникин С.А., Вегера Ж.Г., Испирян А.Г. Особенности измерения размеров дисперсных наночастиц магнитных коллоидов. Приборы, 2016, № 9, с. 47--50.

[4] Беззубцева М.М., Волков В.С., Абдурахманов Х.А. Исследование физико-механических процессов в магнитоожиженном слое электромеханических диспергаторов. Известия СПбГАУ, 2020, № 58, с. 137--142. DOI: https://doi.org/10.24411/2078-1318-2020-11137

[5] Bjork R., Zhou Z. The demagnetization factor for randomly packed spheroidal particles. J. Magn. Magn. Mat., 2019, vol. 476, pp. 417--422. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.01.005

[6] Волковская И.И., Семёнов В.Е., Рыбаков К.И. Эффективная высокочастотная магнитная проницаемость компактированных металлических порошковых материалов. Известия вузов. Радиофизика, 2017, т. 60, № 10, с. 892--903.

[7] Bai K., Casara J., Nair-Kanneganti А., et al. Effective magnetic susceptibility of suspensions of ferromagnetic particles. J. Appl. Phys., 2018, vol. 124, no. 12, art. 123901. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5041750

[8] Bakaev V.V., Snarskii A.A., Shamonin M.V. The permeability and remanent magnetization of a randomly inhomogeneous two-phase medium. Tech. Phys., 2002, vol. 47, no. 1, pp. 125--128. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1435901

[9] Moore R.L. Development of a volume fraction scaling function for demagnetization factors in effective media theories of magnetic composites. AIP Adv., 2019, vol. 9, no. 3, art. 035107. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5078736

[10] Юрасов А.Н., Яшин М.М. Учет влияния распределения размера гранул в нанокомпозитах. Российский технологический журнал, 2020, т. 8, № 2, с. 59--66. DOI: https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-2-59-66

[11] Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. On the model of channel-by-channel magnetization of a granular medium (with a radial permeability profile of a quasi-continuous channel). Tech. Phys., 2009, vol. 54, no. 5, pp. 743--745. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784209050235

[12] Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. Magnetization curve of a granulated medium in terms of the channel-by-channel magnetization model (new approach). Dokl. Phys., 2007, vol. 52, no. 4, pp. 179--181. DOI: https://doi.org/10.1134/S1028335807040027

[13] Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Ershova V.A., et al. Ferrous material fill: magnetization channels, layer-by-layer and average permeability, element-to-element field. In: Analysis and modelling of advanced structures and smart systems. Singapore, Springer, 2018, pp. 191--210. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-6895-9_9

[14] Mariani G., Fabbri M., Negrini F., et al. High-Gradient Magnetic Separation of pollutant from wastewaters using permanent magnets. Sep. Purif. Technol., 2010, vol. 72, no. 2, pp. 147--155. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.01.017

[15] Baik S.K., Ha D.W., Ko R.K., et al. Magnetic field analysis of high gradient magnetic separator via finite element analysis. Phys. C: Supercond., 2012, vol. 480, pp. 111--117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physc.2012.04.036

[16] Hu K., Sun J., Guo Z., et al. A novel magnetic hydrogel with aligned magnetic colloidal assemblies showing controllable enhancement of magnetothermal effect in the presence of alternating magnetic field. Adv. Mater., 2015, vol. 27, no. 15, pp. 2507--2514. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201405757

[17] Liu Y.-L., Li D.-W., He J., et al. A periodic magnetic field as a special environment for scientific research created by rotating permanent magnet pair. Rev. Sc. Instrum., 2018, vol. 89, no. 10, art. 105103. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5016570

[18] Xue Z., Wang Y., Zheng X., et al. Particle capture of special cross-section matricesin axial high gradient magnetic separation: a 3D simulation. Sep. Purif. Technol., 2020, vol. 237, art. 116375. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116375

[19] Zeng J., Tong X., Yi F., et al. Selective capture of magnetic wires to particles in high gradient magnetic separation. Minerals, 2019, vol. 9, no. 9, art. 509. DOI: https://doi.org/10.3390/min9090509

[20] Li W., Zhou L., Han Y., et al. Numerical simulation and experimental verification for magnetic field analysis of thread magnetic matrix in high gradient magnetic separation. Powder Technol., 2019, vol. 355, pp. 300--308. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.07.024