[go: up one dir, main page]

RU2624113C2 - Magnetorheologic coolant and method of its application - Google Patents

Magnetorheologic coolant and method of its application Download PDF

Info

Publication number
RU2624113C2
RU2624113C2 RU2015127190A RU2015127190A RU2624113C2 RU 2624113 C2 RU2624113 C2 RU 2624113C2 RU 2015127190 A RU2015127190 A RU 2015127190A RU 2015127190 A RU2015127190 A RU 2015127190A RU 2624113 C2 RU2624113 C2 RU 2624113C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coolant
mri
microparticles
magnetic field
thermal conductivity
Prior art date
Application number
RU2015127190A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015127190A (en
Inventor
Михаил Леонидович Галкин
Леонид Самуилович Генель
Original Assignee
Михаил Леонидович Галкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Леонидович Галкин filed Critical Михаил Леонидович Галкин
Priority to RU2015127190A priority Critical patent/RU2624113C2/en
Publication of RU2015127190A publication Critical patent/RU2015127190A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624113C2 publication Critical patent/RU2624113C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/44Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10Liquid materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

FIELD: heating system.
SUBSTANCE: magnetorheologic coolant consists of a liquid containing a finely dispersed component of a magnetic material the surface of which is treated with a surfactant. The noted liquid is selected from a number of alcohols, polyhydric alcohols, silicone compounds. As a magnetic material, the coolant contains microparticles of carbonyl iron with the size of each microparticle in one plane of not more than 15 mcm with a thickness of no more than 10% of the larger linear dimension in the plane. The amount of said finely dispersed component in the coolant is from 0.05 to 2.5 wt %. The method of using the noted magnetorheological coolant in refrigeration and air-conditioning systems involves impacts on it with a permanent magnetic field with a strength of 2 to 700 Oe.
EFFECT: increased efficiency of heat transfer and control of hydrodynamic flow resistance, for example, volume flow of coolant.
2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области теплообмена и теплообменной техники, а именно к теплоносителям (хладоносителям) и способам их применения для холодильных установок и систем, а также для систем кондиционирования, обогрева и создания комфортной среды в зданиях и сооружениях.The invention relates to the field of heat transfer and heat transfer technology, namely, heat transfer fluids (coolants) and methods of their use for refrigeration units and systems, as well as for air conditioning, heating and creating a comfortable environment in buildings and structures.

Известен теплоноситель в виде жидкой среды, содержащей диспергированные наночастицы металлов и подобных материалов [1 и 2], где в жидком щелочном металле (натрий) диспергированы и равномерно распределены наночастицы никеля. Подобный теплоноситель применяется в системах теплосъема атомных реакторов.A heat carrier is known in the form of a liquid medium containing dispersed nanoparticles of metals and similar materials [1 and 2], where nickel nanoparticles are dispersed and uniformly distributed in a liquid alkali metal (sodium). Such a coolant is used in heat removal systems of nuclear reactors.

Данный теплоноситель невозможно использовать в системах хладо- и теплоснабжения в холодильной технике и кондиционировании, где диапазон рабочих температур теплоносителя лежит в пределах от плюс 20 до минус 40°С, а температура плавления основных щелочных металлов имеет границы от плюс 180°С у лития, 98°С у натрия и 64°С у калия.This coolant cannot be used in cold and heat supply systems in refrigeration and air conditioning, where the operating temperature range of the coolant is in the range from plus 20 to minus 40 ° C, and the melting point of the basic alkali metals has limits from plus 180 ° C for lithium, 98 ° C in sodium and 64 ° C in potassium.

Известен также жидкий теплоноситель [3], содержащий наночастицы и карбоксилаты, в котором для улучшения его теплопроводности используют наночастицы алюминия или оксида алюминия покрытые карбоксилатной пленкой. Этот теплоноситель обладает улучшенными теплофизическими свойствами по сравнению с обычными теплоносителями без наполнения наночастицами. Однако, он не может использоваться в системах регулирования теплопроводности и потока, например, путем приложения магнитного поля вследствие немагнитности материала частиц.Also known is a heat transfer fluid [3] containing nanoparticles and carboxylates, in which aluminum or aluminum oxide nanoparticles coated with a carboxylate film are used to improve its thermal conductivity. This heat carrier has improved thermophysical properties compared to conventional heat carriers without filling with nanoparticles. However, it cannot be used in thermal conductivity and flow control systems, for example, by applying a magnetic field due to the non-magnetic nature of the particle material.

Известен класс магнитных жидкостей (МЖ) на основе дисперсной магнитной фазы наночастиц магнетита, гамма-оксида железа, ферритов марганца, кобальта, цинка и никеля, связанных поверхностно активным веществом в состояние коллоидного раствора. [4-6]. Эти МЖ наряду с применением в измерительной технике, используются при очистке нефтяных загрязнений, а также при магнитной сепарации фракций материалов и др.A known class of magnetic fluids (MF) based on the dispersed magnetic phase of nanoparticles of magnetite, gamma-iron oxide, ferrites of manganese, cobalt, zinc and nickel bound by a surfactant to a state of a colloidal solution. [4-6]. These MFs, along with applications in measuring equipment, are used in the purification of oil pollution, as well as in the magnetic separation of fractions of materials, etc.

Подобный класс жидкостей с магнитными свойствами имеет весьма сложную технологию изготовления для практического применения и не рекомендуется к использованию в системах тепло- и хладоснабжения и кондиционирования в качестве теплоносителя, ибо при существенных расходах и скоростях циркуляции в контуре теплоносителя проявляются его коррозионно-абразивные свойства и наблюдается усиление эффекта кавитационного воздействия на элементы контура, в особенности в отношении насосов для перекачки теплоносителя. Потоки подобных теплоносителей в системе хладоснабжения или отопления по известным способам применения регулируются и управляются за счет традиционных элементов механической или электромеханической арматуры.This class of liquids with magnetic properties has a very complicated manufacturing technology for practical use and is not recommended for use in heat and cold supply and air conditioning systems as a heat carrier, because at significant costs and circulation speeds its corrosive and abrasive properties are manifested in the coolant circuit and amplification is observed the effect of cavitation effects on circuit elements, especially in relation to heat transfer pumps. The flows of such coolants in a cold supply or heating system by known methods of application are regulated and controlled by traditional elements of mechanical or electromechanical valves.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является магнитореологическая жидкость (МРЖ), например, суспензия на основе полиэтилсилоксановой жидкости с микрочастицами оксида хрома CrO2 или железа Fe2O3, покрытыми ПАВ [7].Closest to the proposed invention (prototype) is a magnetorheological fluid (GRM), for example, a suspension based on polyethylsiloxane fluid with microparticles of chromium oxide CrO 2 or iron Fe 2 O 3 coated with a surfactant [7].

Подобная МРЖ обладает магнитными свойствами при воздействии на нее постоянного магнитного поля и может быть использована для регулирования динамической вязкости и управления перетеканием жидкости в ограниченных объемах устройств перемещения.Such an MRE possesses magnetic properties when exposed to a constant magnetic field and can be used to control dynamic viscosity and control fluid flow in limited volumes of moving devices.

В то же время, ее применение в качестве потока циркулирующего теплоносителя в трубопроводах и теплообменном оборудовании холодильных и кондиционерных систем неэффективно и нецелесообразно по нижеследующим соображениям:At the same time, its use as a circulating coolant flow in pipelines and heat exchange equipment of refrigeration and air conditioning systems is inefficient and inappropriate for the following reasons:

- подобная МРЖ, снабженная твердотельными частицами металла оксида хрома или железа остроугольной формы и структуры, при работе в циркулирующем потоке становится источником коррозионно-абразивного воздействия на материал труб и холодильного оборудования;- similar GRM, equipped with solid-state particles of metal of chromium oxide or iron of an acute-angled shape and structure, when working in a circulating stream, becomes a source of corrosion-abrasive effects on the material of pipes and refrigeration equipment;

- кроме того, она является источником усиления кавитационного воздействия с нарушением целостности каналов подачи жидкости в насосах перекачки МРЖ в системах тепло и хладоснабжения;- in addition, it is a source of increased cavitation with a violation of the integrity of the fluid supply channels in the pumps for the transfer of coolant in heat and cold supply systems;

- МРЖ по прототипу имеет недостаточно высокую теплопроводность даже с магнитными частицами оксида железа и хрома, а значит и недостаточную эффективность при использовании в теплообменных процессах холодильных и кондиционерных систем.- The GRM of the prototype does not have a sufficiently high thermal conductivity even with magnetic particles of iron oxide and chromium, and hence insufficient efficiency when using refrigeration and air conditioning systems in heat transfer processes.

- МРЖ по прототипу обладает недостаточно высокими магнитными свойствами для реализации способа оперативного и эффективного управления потоком жидкости в системе тепло и хладоснабжения с помощью постоянного магнитного поля из-за недостаточно высокого уровня намагниченности металлической основы и ее остаточного магнетизма после снятия воздействия постоянного магнитного поля. Начальная магнитная проницаемость основы - частичек, оксида железа Fe2O3; имеет значение около 1000 единиц, а CrO2 около 1500 единиц. [8-10].- The GRM of the prototype does not have sufficiently high magnetic properties to implement a method for efficient and effective control of the fluid flow in the heat and cold supply system using a constant magnetic field due to the insufficiently high level of magnetization of the metal base and its residual magnetism after removing the influence of a constant magnetic field. The initial magnetic permeability of the base is particles, iron oxide Fe 2 O 3 ; has a value of about 1000 units, and CrO 2 about 1500 units. [8-10].

Задачей нового технического решения по составу теплоносителя и способу его применения является повышение эффективности теплопередачи и управления гидродинамическим сопротивлением потока теплоносителя путем повышения теплопроводности и объемного расхода теплоносителя за счет реализации способа его обработки постоянным магнитным полем.The objective of the new technical solution for the composition of the coolant and the method of its application is to increase the efficiency of heat transfer and control the hydrodynamic resistance of the flow of the coolant by increasing the thermal conductivity and volumetric flow rate of the coolant due to the implementation of the method of processing it with a constant magnetic field.

Поставленная задача решается благодаря тому, что предлагаемый новый отечественный магнитореологический теплоноситель (МРТ) представляет собой водный раствор, например, на основе полиэтилсилоксана или спиртов органических с равномерно распределенными в нем диспергированными плоскими микрочастицами «магнитомягкого» карбонильного железа чешуйчатого вида, округлой или тупоугольной формы, размером не более 15 мкм каждой частицы в одной плоскости, при толщине не более 10% от большего линейного размера в плоскости, покрытыми ПАВ, или их металлоорганических соединений, а количество диспергированного компонента составляет 0,05-2,5 мас. %.The problem is solved due to the fact that the proposed new domestic magnetorheological coolant (MRI) is an aqueous solution, for example, based on polyethylsiloxane or organic alcohols with uniformly dispersed flat microparticles of “soft magnetic” carbonyl iron of scaly form, round or obtuse, in size not more than 15 microns of each particle in one plane, with a thickness of not more than 10% of the larger linear size in the plane, coated with surfactants, or their meta organochlorine compounds, and the amount of the dispersed component is 0.05-2.5 wt. %

Способ использования данного теплоносителя заключается в регулировании его гидродинамического сопротивления и направленности в потоке, а также теплопроводности путем применения воздействия на МРТ постоянным магнитным полем напряженностью от 2 до 700 Эрстед.The way to use this coolant is to regulate its hydrodynamic resistance and directivity in the flow, as well as thermal conductivity by applying exposure to MRI with a constant magnetic field of intensity from 2 to 700 Oersteds.

Следует отметить, что наиболее эффективно МРЖ по прототипу и новый МРТ, как и способ его применения реализуются в теплообменниках из немагнитных материалов (алюминий, медь, нержавеющая сталь и др.).It should be noted that the most effective MRI according to the prototype and the new MRI, as well as the method of its application, are implemented in heat exchangers made of non-magnetic materials (aluminum, copper, stainless steel, etc.).

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемых объектов: теплоносителя и способа его применения с техническим результатом показана ниже в таблицах и пояснениях.A causal relationship between the set of essential features of the claimed objects: the coolant and the method of its application with the technical result is shown in the tables and explanations below.

Преимущества нового МРТ в сравнении с прототипом:The advantages of the new MRI in comparison with the prototype:

- новый магнитореологический теплоноситель не проявляет выраженных коррозионно-абразивных свойств в процессе эксплуатации в потоке МРЖ в холодильных и кондиционерных системах, т.к. основой диспергированных и покрытых ПАВ частиц являются «магнитомягкие», плоские, округлые или тупоугольные частицы карбонильного железа с меньшей жесткостью и абразивностью по сравнению с прототипом;- the new magnetorheological coolant does not exhibit pronounced corrosion-abrasive properties during operation in the coolant flow in refrigeration and air conditioning systems, because dispersed and coated with surfactant particles are based on “soft magnetic”, flat, rounded or obtuse carbonyl iron particles with less rigidity and abrasiveness compared to the prototype;

- по этим же соображениям он лишен выраженного свойства усиления кавитационного воздействия на насосную группу прокачки в системе тепло и хладоснабжения, более того, он помогает демпфировать кавитационный эффект и эффекты микрогидравлического удара в системе.- for the same reasons, it is deprived of the pronounced property of enhancing cavitation effects on the pumping group in the heat and cold supply system; moreover, it helps to dampen the cavitation effect and the effects of microhydraulic shock in the system.

Эти особенности позволяют новому магнитореологическому теплоносителю дольше, чем у прототипа сохранять теплофизические свойства, ибо он меньше «изнашивается» в покрытом ПАВ виде;These features allow the new magnetorheological coolant to retain thermophysical properties longer than the prototype, because it wears out less in the coated surfactant form;

- магнитожесткие частицы оксидов металла, покрытые ПАВ по прототипу, имеют эллипсоидную либо шаровидную, форму и не меняют ее при реализации способа регулирования гидродинамического сопротивления и теплопроводности потока МРЖ. В итоге более высокая эффективность теплопередачи и управления потоком есть у нового МРТ против прототипа;- magnetically rigid particles of metal oxides coated with a surfactant according to the prototype, have an ellipsoid or spherical shape, and do not change it when implementing the method of regulating the hydrodynamic resistance and thermal conductivity of the flow MRE. As a result, the new MRI versus prototype has a higher efficiency of heat transfer and flow control;

Существенным в способе применения нового теплоносителя является:Essential in the method of application of the new coolant is:

- указанные в прототипе материалы на основе оксида хрома и железа являются «магнитотвердыми», а карбонильное железо, в новом МРТ-«магнитомягкий» материал. В результате намагничивания МРЖ - прототипа, после снятия магнитного воздействия частицы оксидов имеют остаточную намагниченность, что повышает гидросопротивление жидкости, снижает объемный расход и теплопроводность из-за возможного образования конгломератов магнитных частиц. Новый МРТ принимает свои начальные свойства сразу после снятия магнитного воздействия, что позволяет использовать его для управления потоком и теплопроводностью;- materials based on chromium oxide and iron indicated in the prototype are “magnetically solid”, and carbonyl iron, in the new MRI, is “soft magnetic” material. As a result of magnetization of the MRE - prototype, after removing the magnetic effect, the oxide particles have a residual magnetization, which increases the hydroresistance of the liquid, reduces the volumetric flow rate and thermal conductivity due to the possible formation of conglomerates of magnetic particles. The new MRI takes its initial properties immediately after the removal of the magnetic effect, which allows it to be used to control the flow and thermal conductivity;

- по механизму намагничивания оксиды железа и хрома обладают менее выраженными магнитными свойствами, чем у предлагаемых в качестве частиц металла карбонильного железа. Начальная магнитная проницаемость микрочастиц оксида железа Fe2O3 имеет значение около 1000 единиц и CrO2 около 1500 единиц, а для нового МРТ с микрочастицами карбонильного железа - это около 2500-3000 единиц [8-10].- according to the magnetization mechanism, iron and chromium oxides have less pronounced magnetic properties than those of carbonyl iron proposed as metal particles. The initial magnetic permeability of microparticles of iron oxide Fe 2 O 3 has a value of about 1000 units and CrO 2 about 1500 units, and for a new MRI with microparticles of carbonyl iron is about 2500-3000 units [8-10].

Новое техническое решение позволяет проявить вышеуказанные преимущества МРТ и способа его применения по сравнению с прототипом. Преимущества нового магнитореологического теплоносителя - МРТ с диспергированными частицами карбонильного железа, покрытыми ПАВ и способа его применения по сравнению с прототипом, даны в виде примеров и таблиц ниже.A new technical solution allows you to show the above advantages of MRI and the method of its use in comparison with the prototype. The advantages of the new magnetorheological coolant - MRI with dispersed carbonyl iron particles coated with surfactants and the method of its application compared to the prototype, are given in the form of examples and tables below.

Эксперименты проводили в диапазоне температур от (-30°С) до (+10°С) на стендовой установке с использованием стандартных измерительных приборов. В таблицах даны усредненные данные по экспериментам в диапазоне рабочих температур от (-5°С) до (+5°С), комфортных для организации технологического кондиционирования и создания умеренного холода. За границами этого температурного диапазона наблюдаются аналогичные соотношения параметров по прототипу и новому МРТ как по составу, так и по способу применения.The experiments were carried out in the temperature range from (-30 ° С) to (+ 10 ° С) on a bench installation using standard measuring instruments. The tables give the averaged data for the experiments in the range of operating temperatures from (-5 ° С) to (+ 5 ° С), comfortable for organizing technological conditioning and creating moderate cold. Beyond the boundaries of this temperature range, similar ratios of parameters for the prototype and the new MRI are observed both in composition and method of application.

Для создания равных условий применения брали МРЖ по прототипу и в новом исполнении МРТ с одинаковой концентрацией микрочастиц металлов (оксидов железа и хрома и карбонильного железа). Испытания проводили в равных температурных условиях окружающей среды и МРЖ - теплоносителя по прототипу и в новом исполнении. МРЖ по прототипу с микрочастицами металлов оксидов железа или хрома, а во втором случае - МРТ с микрочастицами карбонильного железа сравнивали на основе одинаковой жидкости - носителе полиэтилсилоксане с одинаковыми ее характеристиками.In order to create equal conditions of use, an MRI was taken according to the prototype and in a new MRI version with the same concentration of metal microparticles (iron and chromium oxides and carbonyl iron). The tests were carried out in equal temperature conditions of the environment and MRE - coolant according to the prototype and in a new version. An MRI according to the prototype with microparticles of metals of iron or chromium oxides, and in the second case, MRI with microparticles of carbonyl iron was compared on the basis of the same liquid carrier polyethylsiloxane with its identical characteristics.

Сравнение МРЖ по прототипу и в новом исполнении МРТ проводили по сопоставлению объемного расхода и теплопроводности потока в зависимости от типа микрочастиц - на основе оксида железа или хрома и карбонильного железа одинакового объемного размера с одинаковой их концентрацией в жидкости-носителе (полиэтилсилоксане).Comparison of the MRE according to the prototype and the new MRI version was carried out by comparing the volumetric flow rate and thermal conductivity of the flow depending on the type of microparticles - based on iron oxide or chromium and carbonyl iron of the same volume size with the same concentration in the carrier fluid (polyethylsiloxane).

Реализацию способа применения МРТ для регулирования объемного расхода и теплопроводности проводили путем воздействия на МРЖ и МРТ постоянным магнитным полем напряженностью от 1,0 до 800 Эрстед. Данные для оптимальной концентрации микрочастиц 0,70 мас. % сведены в таблицу 1 и представлены ниже.The implementation of the method of using MRI to control volumetric flow and thermal conductivity was carried out by exposing the MRI and MRI to a constant magnetic field with a strength of 1.0 to 800 Oersted. Data for an optimal concentration of microparticles of 0.70 wt. % are summarized in table 1 and presented below.

Примеры конкретной реализации.Examples of specific implementation.

1. Брали МРЖ - прототип с микрочастицами оксида железа Fe2O3 или хрома CrO2, покрытых ПАВ в жидкости-носителе (полиэтилсилоксан) и проводили замеры объемного расхода и теплопроводности при ее обработке постоянным магнитным полем напряженностью в 1,0; 2,0; 100; 250; 400; 700 и 800 Э.1. We took an MRE - a prototype with microparticles of iron oxide Fe 2 O 3 or chromium CrO 2 coated with a surfactant in a carrier fluid (polyethylsiloxane) and measured the volumetric flow rate and thermal conductivity when it was treated with a constant magnetic field of 1.0; 2.0; one hundred; 250; 400; 700 and 800 E.

Параллельно брали новый магнитореологический теплоноситель (МРТ) с микрочастицами карбонильного железа Fe чешуйчатого вида, покрытых ПАВ в жидкости (полиэтилсилоксан) и проводили замеры теплопроводности и объемного расхода при обработке постоянным магнитным полем напряженностью в 1,0; 2,0; 100; 250; 400; 700 и 800 Э.At the same time, a new magnetorheological coolant (MRI) was taken with flake-type Fe carbonyl iron microparticles coated with a surfactant in a liquid (polyethylsiloxane) and thermal conductivity and volumetric flow were measured during treatment with a constant magnetic field of 1.0; 2.0; one hundred; 250; 400; 700 and 800 E.

Объемные размеры микрочастиц по прототипу и для нового МРТ одинаковые с одинаковой концентрацией в полиэтилсилоксане.The volumetric sizes of microparticles according to the prototype and for the new MRI are the same with the same concentration in polyethylsiloxane.

Из таблицы 1 видно, что наблюдается заметный рост объемного расхода и теплопроводности при обработке МРЖ и МРТ постоянным магнитным полем в диапазоне от 2,0 до 700 Э с максимумом при 250 Э, причем, значение измеряемых параметров для нового МРТ заметно выше, чем для МРЖ по прототипу. За пределами этого диапазона обработки постоянным магнитным полем напряженностью менее 2,0 Э, например, 1,0 Э и более 700 Э, например, 800 Э значение измеряемых величин у МРЖ-прототипа и нового МРТ низкое и разница между ними несущественна.From table 1 it is seen that there is a noticeable increase in volumetric flow rate and thermal conductivity during the processing of MRI and MRI by a constant magnetic field in the range from 2.0 to 700 Oe with a maximum at 250 Oe, moreover, the value of the measured parameters for the new MRI is noticeably higher than for MRI according to the prototype. Outside this range of treatment with a constant magnetic field of less than 2.0 Oe, for example, 1.0 Oe and more than 700 Oe, for example, 800 Oe, the measured values of the prototype and the new MRI are low and the difference between them is insignificant.

В итоге, установлено значительное преимущество по объемному расходу и теплопроводности нового МРТ с микрочастицами карбонильного железа по сравнению с МРЖ с микрочастицами оксида железа или хрома при реализации способа использования МРТ путем обработки постоянным магнитным полем с напряженностью в диапазоне от 2,0 до 700 Э.As a result, a significant advantage was found in the volumetric flow rate and thermal conductivity of the new MRI with carbonyl iron microparticles compared to the MRI with iron or chromium oxide microparticles when implementing the method of using MRI by processing with a constant magnetic field with a voltage in the range from 2.0 to 700 Oe.

Лучшие характеристики МРТ объясняются как высокими показателями микрочастиц карбонильного железа по их магнитным свойствам, так и по оптимальной величине и геометрической форме. Последнее установлено эмпирически в процессе многочисленных экспериментов по подбору оптимальной формы и размера микрочастиц карбонильного железа в МРТ.The best characteristics of MRI are explained by both high rates of carbonyl iron microparticles in their magnetic properties, and in optimal size and geometric shape. The latter was established empirically in the course of numerous experiments to select the optimal shape and size of carbonyl iron microparticles in MRI.

Данные экспериментов сведены в таблицу 2 и представлены ниже. Подробные данные представлены для оптимальной величины микрочастиц карбонильного железа. Данные за пределами оптимума не включены в таблицу из-за их большого объема, что приводит к перегрузке таблиц.The experimental data are summarized in table 2 and presented below. Detailed data are presented for the optimal size of carbonyl iron microparticles. Data outside the optimum are not included in the table due to their large volume, which leads to overloading the tables.

Из данных таблицы 2 видно, что заметная эффективность нового МРТ по объемному расходу и теплопроводности наблюдается при реализации способа применения путем обработки МРТ с микрочастицами карбонильного железа линейного размера в одной плоскости не более 15 мкм. при толщине не более 10% от большего линейного размера частицы постоянным магнитным полем в диапазоне от 2 до 700 Э, причем, максимум эффективности наблюдается при обработке магнитным полем величиной 250 Э. За пределами диапазона обработки постоянным магнитным полем напряженностью менее 2,0 Э, например, 1,0 Э и более 700 Э, например, 800 Э значение измеряемых величин объемного расхода и теплопроводности в зависимости от размера микрочастиц низкое и разница между ними несущественна.From the data in table 2 it can be seen that the noticeable effectiveness of the new MRI in terms of volumetric flow rate and thermal conductivity is observed when implementing the method of application by processing MRI with carbonyl iron microparticles of linear size in one plane of no more than 15 μm. at a thickness of not more than 10% of the larger linear particle size with a constant magnetic field in the range from 2 to 700 Oe, and the maximum efficiency is observed when processing with a magnetic field of 250 Oe. Outside the range of processing with a constant magnetic field of less than 2.0 Oe, for example , 1.0 Oe and more than 700 Oe, for example, 800 Oe, the value of the measured values of volumetric flow and thermal conductivity, depending on the size of the microparticles, is low and the difference between them is insignificant.

Для выяснения оптимального диапазона концентрации микрочастиц карбонильного железа выявленного оптимального размера (не более 15 мкм в одной плоскости при толщине не более 10 процентов от большего линейного размера в плоскости) в жидкости-носителе были проведены эксперименты, в результате которых установлен лучший диапазон концентрации от 0,05 до 2,5 мас. %. Это подтверждено в способе применения путем обработки нового МРТ постоянным магнитным полем напряженностью от 2 до 700 Э по объемному расходу и теплопроводности МРТ. Данные сведены в таблицу 3 и представлены ниже. Максимум объемного расхода и теплопроводности МРТ установлен при концентрации микрочастиц карбонильного железа в 0,7 мас. % при напряженности постоянного магнитного поля 250 Э.To determine the optimal concentration range of carbonyl iron microparticles of the detected optimal size (not more than 15 μm in one plane with a thickness of not more than 10 percent of the larger linear size in the plane), experiments were carried out in the carrier fluid, which established the best concentration range from 0, 05 to 2.5 wt. % This is confirmed in the method of application by treating a new MRI with a constant magnetic field of 2 to 700 Oe in volumetric flow rate and thermal conductivity of MRI. The data are summarized in table 3 and presented below. The maximum volumetric flow rate and thermal conductivity of MRI was established at a concentration of carbonyl iron microparticles of 0.7 wt. % at a constant magnetic field of 250 E.

За пределами этого диапазона, например, концентрации микрочастиц 0,03 мас. % или 3,0 мас. % и обработки МРТ постоянным магнитным полем 1,0 или 800Э наблюдается низкое значение измеряемых величин (объемного расхода и теплопроводности МРТ) и разница между ними несущественна.Outside this range, for example, microparticle concentration of 0.03 wt. % or 3.0 wt. % and MRI processing with a constant magnetic field of 1.0 or 800 Oe, a low value of the measured values (volume flow and thermal conductivity of MRI) is observed and the difference between them is insignificant.

Примеры реализации состава МРТ по концентрации микрочастиц карбонильного железа и способа его применения путем обработки постоянным магнитным полем для достижения поставленной цели изобретения - повышение эффективности теплопередачи и управления гидродинамическим сопротивлением потока теплоносителя за счет увеличения объемного расхода и теплопроводности МРТ.Examples of the implementation of the MRI composition according to the concentration of carbonyl iron microparticles and the method of its application by treatment with a constant magnetic field to achieve the goal of the invention are to increase the heat transfer efficiency and control the hydrodynamic resistance of the coolant flow by increasing the volumetric flow rate and thermal conductivity of MRI.

Брали новый теплоноситель (МРТ) с 0,03 мас. % плоских микрочастиц карбонильного железа Fe, размером не более 15 мкм, в одной плоскости при толщине не более 10% от большего линейного размера частиц в плоскости, покрытых ПАВ, в жидкости - полиэтилсилоксан и проводили замеры объемного расхода и теплопроводности при обработке МРТ постоянным магнитным полем напряженностью 1,0; 2,0; 100; 250;400; 700 и 800 Э.We took a new coolant (MRI) with 0.03 wt. % of flat microparticles of carbonyl iron Fe, not exceeding 15 μm in size, in one plane with a thickness of not more than 10% of the larger linear particle size in the plane coated with surfactants, in the liquid - polyethylsiloxane and volumetric flow rate and thermal conductivity were measured during MRI treatment with a constant magnetic field tension 1.0; 2.0; one hundred; 250; 400; 700 and 800 E.

Аналогичным образом брали новый теплоноситель (МРТ) с концентрацией 0,05,0,10; 0,70; 1,50; 2,50 и 3,0 мас. % плоских микрочастиц карбонильного железа Fe, размером не более 15 мкм, в одной плоскости при толщине не более 10% от большего линейного размера частиц в плоскости, покрытых ПАВ, в жидкости - полиэтилсилоксан и проводили замеры расхода и теплопроводности при обработке МРТ с концентрацией микрочастиц карбонильного железа, указанной выше, постоянным магнитным полем напряженностью 1,0; 2,0; 100; 250; 400; 700 и 800 Э.Similarly, a new heat transfer medium (MRI) was taken with a concentration of 0.05.0.10; 0.70; 1.50; 2.50 and 3.0 wt. % of flat microparticles of carbonyl iron Fe, with a size of not more than 15 μm, in one plane with a thickness of not more than 10% of the larger linear size of the particles in the plane coated with surfactants, in the liquid - polyethylsiloxane and measurements of flow and thermal conductivity during MRI processing with a concentration of carbonyl microparticles iron, indicated above, by a constant magnetic field of intensity 1.0; 2.0; one hundred; 250; 400; 700 and 800 E.

Отсутствие роста объемного расхода и теплопроводности за нижним пределом заявленных параметров объясняется недостаточной концентрацией магнитных частиц, в новом магнитореологическом теплоносителе. Снижение объемного расхода и теплопроводности за верхним пределом заявленных параметров по концентрации частиц и по напряженности магнитного поля объясняется образованием конгломератов магнитных частиц, что затрудняет их регулировку по расходу и по теплопроводности.The lack of growth in volumetric flow rate and thermal conductivity beyond the lower limit of the declared parameters is explained by the insufficient concentration of magnetic particles in the new magnetorheological coolant. The decrease in volumetric flow rate and thermal conductivity beyond the upper limit of the declared parameters in terms of particle concentration and magnetic field strength is explained by the formation of conglomerates of magnetic particles, which complicates their adjustment in terms of flow rate and thermal conductivity.

Более высокие значения по объемному расходу и теплопроводности в пользу нового МРТ в заявленном диапазоне концентраций микрочастиц карбонильного железа при обработке постоянным магнитным полем в заявленных пределах его напряженности, обусловлена лучшими (по сравнению с запредельными параметрами концентрации и режимов обработки) магнитными свойствами микрочастиц карбонильного железа, покрытых ПАВ, большей их теплопроводностью и соответственно, лучшей управляемостью ими (регулировкой пространственного положения) в потоке теплоносителя при реализации способа применения с помощью обработки постоянным магнитным полем, а также повышенной эффективностью теплопередачи.Higher values for volumetric flow and thermal conductivity in favor of a new MRI in the claimed concentration range of carbonyl iron microparticles when treated with a constant magnetic field within the declared limits of its intensity are due to better (compared to the beyond the concentration parameters and processing modes) magnetic properties of carbonyl iron microparticles coated Surfactants, their greater thermal conductivity and, accordingly, better controllability by them (adjustment of spatial position) in the heat transfer stream When implementing the method of application by treatment with a constant magnetic field, as well as increased heat transfer efficiency.

Положительную роль играет и более высокая скорость скольжения и лучшая теплопроводность в потоке МРТ на границе плоскости частиц - поток теплоносителя - стенка теплообменника. Плоские микрочастицы карбонильного железа заявленной формы и величины в заявленном диапазоне концентраций и режимов обработки МРТ постоянным магнитным полем при воздействии постоянного магнитного поля выстраиваются упорядоченно в горизонтальной плоскости по направлению потока, что улучшает его расходные и теплопроводные характеристики.A higher role is played by a higher sliding speed and better thermal conductivity in the MRI stream at the boundary of the particle plane — the heat carrier flow — the heat exchanger wall. Flat microparticles of carbonyl iron of the claimed shape and size in the claimed range of concentrations and modes of MRI treatment with a constant magnetic field under the influence of a constant magnetic field are arranged orderly in a horizontal plane in the direction of flow, which improves its flow and heat-conducting characteristics.

Основная цель разработки - получение и использование нового более эффективного магнитореологического теплоносителя и способа его применения для систем тепло и хладоснабжения, с возможностью регулирования и управления его потоком и величиной теплопроводности, выявляется и достигается путем выбора микрочастиц карбонильного железа вместо микрочастиц оксида железа или хрома, причем микрочастицы карбонильного железа подбираются определенной формы (чешуйчатого вида) и размера с выбранной их оптимальной концентрацией в МРТ.The main goal of the development is to obtain and use a new, more effective magnetorheological coolant and its application for heat and cold supply systems, with the possibility of regulating and controlling its flow and thermal conductivity, is revealed and achieved by choosing carbonyl iron microparticles instead of iron or chromium oxide microparticles, and microparticles carbonyl iron are selected a certain shape (scaly form) and size with their optimal concentration in MRI selected.

Способ применения осуществляется путем обработки МРТ постоянным магнитным полем в установленном оптимальном диапазоне.The method of application is carried out by treating MRI with a constant magnetic field in the established optimal range.

Таким образом, предложен новый инновационный теплоноситель магнитореологический, состоящий из жидкости, выбранной из ряда одноатомных спиртов, многоатомных спиртов, кремнийорганических жидкостей, воды и др., а также и смесей этих жидкостей, включающей диспергированный компонент из металла, покрытый поверхностно активным веществом, а также способ его использования.Thus, a new innovative magnetorheological coolant is proposed, consisting of a liquid selected from a series of monohydric alcohols, polyhydric alcohols, organosilicon liquids, water, etc., as well as mixtures of these liquids, including a dispersed metal component coated with a surfactant, and way to use it.

Отличием нового магнитореологического теплоносителя и способа его применения от известных решений является то, что с целью повышения эффективности теплопередачи, а также регулирования и управления его гидродинамическим сопротивлением, например, по объемному расходу за счет ориентации частиц диспергированного компонента, покрытых ПАВ, путем воздействия на МРТ постоянным магнитным полем, в МРТ в качестве диспергированного компонента используют частицы карбонильного железа, размером не более 15 мкм в одной плоскости при толщине не более 10% от большего линейного размера частиц в плоскости, в количестве 0,05-2,5 масс. %.The difference between the new magnetorheological coolant and the method of its application from the known solutions is that in order to increase the efficiency of heat transfer, as well as to regulate and control its hydrodynamic resistance, for example, in terms of volumetric flow rate due to the orientation of the particles of the dispersed component coated with a surfactant, by constant magnetic field, in MRI, as a dispersed component, carbonyl iron particles are used, with a size of not more than 15 microns in one plane with a thickness of not more 10% of the larger particle size in a linear plane, in an amount of 0.05-2.5 wt. %

Осуществление способа применения МРТ с целью регулировки теплопроводности и расхода и направленности теплоносителя в потоке, производят путем воздействия на магнитореологический теплоноситель постоянным магнитным полем напряженностью от 2 до 700 Эрстед.The implementation of the method of using MRI to regulate thermal conductivity and flow rate and direction of the coolant in the stream is carried out by exposing the magnetorheological coolant to a constant magnetic field with a strength of 2 to 700 Oersteds.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU 2291889.1. Patent RU 2291889.

2. Патент RU 2326921.2. Patent RU 2326921.

3. Патент RU 2265039.3. Patent RU 2265039.

4. Байбуртский Ф.С. «Магнитные жидкости: способы получения и области применения», институт биохимфизики им. Эммануэля Н.М., Москва, 2002.4. Bayburtsky F.S. “Magnetic fluids: production methods and applications,” Institute of Biochemical Physics named after Emmanuel N.M., Moscow, 2002.

5. Патент RU 2307856.5. Patent RU 2307856.

6. Патент RU 2422932.6. Patent RU 2422932.

7. Базиненков A.M. и др. Исследования свойств магнитореологических жидкостей и их использования в устройствах перемещения и виброизоляции. Электронный журнал МГТУ им Н.Э. Баумана, №9, 2012.7. Bazinenkov A.M. et al. Studies of the properties of magnetorheological liquids and their use in displacement and vibration isolation devices. Electronic journal MSTU named after N.E. Bauman, No. 9, 2012.

8. Википедия. Маггемит гамма Fe2O3.8. Wikipedia. Maghemite gamma Fe 2 O 3 .

9. Хрома оксиды химические и физические свойства. Справочник // Интернет ресурс: http://chemhelper.ru.9. Chromium oxides chemical and physical properties. Reference // Internet resource: http://chemhelper.ru.

10. Лютоев Α.Α., Смирнов Ю.Г. Разработка технологической схемы очистки сточных вод от нефтяных загрязнений с использованием магнитных наночастиц. Нефтегазовое дело: электронный научный журнал, №4. 2013.10. Lyutoev Α.Α., Smirnov Yu.G. Development of a technological scheme for wastewater treatment from oil pollution using magnetic nanoparticles. Oil and gas business: electronic scientific journal, No. 4. 2013.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (2)

1. Магнитореологический теплоноситель для холодильных и кондиционерных систем, состоящий из жидкости, выбранной из ряда спиртов, многоатомных спиртов, кремнийорганических веществ, содержащей мелкодисперсный компонент из магнитного материала, поверхность которого обработана поверхностно-активным веществом, где мелкодисперсный компонент из магнитного материала представляет собой микрочастицы карбонильного железа с размером каждой микрочастицы в одной плоскости не более 15 мкм при толщине не более 10% от линейного размера в плоскости, причем количество мелкодисперсного компонента в теплоносителе составляет от 0,05 до 2,5 мас.%.1. Magnetorheological coolant for refrigeration and air conditioning systems, consisting of a liquid selected from a number of alcohols, polyhydric alcohols, organosilicon substances containing a finely dispersed component of magnetic material, the surface of which is treated with a surfactant, where the finely dispersed component of the magnetic material is carbonyl microparticles iron with the size of each microparticle in one plane of not more than 15 microns with a thickness of not more than 10% of the linear size in the plane, p Thus, the amount of the finely dispersed component in the coolant is from 0.05 to 2.5 wt.%. 2. Способ использования магнитореологического теплоносителя по п. 1 в холодильных и кондиционерных системах, заключающийся в том, что на магнитореологический теплоноситель воздействуют постоянным магнитным полем напряженностью от 2 до 700 Э.2. The method of using the magnetorheological coolant according to claim 1 in refrigeration and air conditioning systems, which consists in the fact that the magnetorheological coolant is exposed to a constant magnetic field of intensity from 2 to 700 E.
RU2015127190A 2015-07-07 2015-07-07 Magnetorheologic coolant and method of its application RU2624113C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015127190A RU2624113C2 (en) 2015-07-07 2015-07-07 Magnetorheologic coolant and method of its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015127190A RU2624113C2 (en) 2015-07-07 2015-07-07 Magnetorheologic coolant and method of its application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015127190A RU2015127190A (en) 2017-01-12
RU2624113C2 true RU2624113C2 (en) 2017-06-30

Family

ID=58449678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015127190A RU2624113C2 (en) 2015-07-07 2015-07-07 Magnetorheologic coolant and method of its application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624113C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686826C1 (en) * 2018-03-28 2019-04-30 Михаил Леонидович Галкин Magnetostrictive heat carrier

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU328153A1 (en) * Л. К. Дереза , Б. С. Тульчинский METHOD OF PREPARING CURRENT POLYMER MATERIALS
WO2004100191A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-18 Össur Engineering, Inc Magnetorheological fluid compositions and prosthetic knees utilizing same
US20050087721A1 (en) * 2003-01-15 2005-04-28 Delphi Technologies, Inc. Glycol-based MR fluids with thickening agent
WO2009018517A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Lord Corporation Non-settling glycol based magnetorheological fluids
RU2360939C2 (en) * 2002-12-02 2009-07-10 Тексако Дивелопмент Корпорейшн Antifreeze cooling composition for application at high temperatures
RU2455574C1 (en) * 2010-12-16 2012-07-10 Валерий Никитич Гринавцев Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU328153A1 (en) * Л. К. Дереза , Б. С. Тульчинский METHOD OF PREPARING CURRENT POLYMER MATERIALS
RU2360939C2 (en) * 2002-12-02 2009-07-10 Тексако Дивелопмент Корпорейшн Antifreeze cooling composition for application at high temperatures
US20050087721A1 (en) * 2003-01-15 2005-04-28 Delphi Technologies, Inc. Glycol-based MR fluids with thickening agent
WO2004100191A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-18 Össur Engineering, Inc Magnetorheological fluid compositions and prosthetic knees utilizing same
WO2009018517A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Lord Corporation Non-settling glycol based magnetorheological fluids
RU2455574C1 (en) * 2010-12-16 2012-07-10 Валерий Никитич Гринавцев Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686826C1 (en) * 2018-03-28 2019-04-30 Михаил Леонидович Галкин Magnetostrictive heat carrier

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015127190A (en) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Simulation of the dynamics of colloidal mixture of water with various nanoparticles at different levels of partial slip: Ternary-hybrid nanofluid
Bahiraei et al. Flow and heat transfer characteristics of magnetic nanofluids: a review
US10670309B2 (en) Thermo-magnetic cooling system and electronic apparatus
Dharmalingam et al. Nano materials and nanofluids: an innovative technology study for new paradigms for technology enhancement
Singh Mehta et al. Convective heat transfer enhancement using ferrofluid: a review
US9328276B2 (en) Method and apparatus for improving heat transfer in industrial water systems with ferrofluids
JP2006512557A (en) Method and apparatus for generating cold and heat by electromagnetic heat effect
JP6172945B2 (en) MAGNETIC FLUID DRIVE DEVICE, HEAT TRANSPORT DEVICE AND POWER GENERATION DEVICE USING THE SAME
Kakaç et al. Analysis of convective heat transfer enhancement by nanofluids: single-phase and two-phase treatments
Srivastava et al. Synthesis and characterization of the rheological behavior of MR fluid for polishing silicon wafer using double-disc chemical-assisted magneto-rheological finishing process
Rahim et al. Thermal conductivity enhancement and sedimentation reduction of magnetorheological fluids with nano-sized Cu and Al additives
Amani et al. The efficacy of magnetic field on the thermal behavior of MnFe2O4 nanofluid as a functional fluid through an open-cell metal foam tube
Kharat et al. Thermophysical investigations of ultrasonically assisted magnetic nanofluids for heat transfer
Krishn et al. Pool boiling using nanofluids: a review
RU2624113C2 (en) Magnetorheologic coolant and method of its application
Phor et al. Self-cooling by ferrofluid in magnetic field
Tetuko et al. The effect of magnetic nano-fluids (Fe 3 O 4) on the heat transfer enhancement in a pipe with laminar flow
Bahiraei et al. Assessment of hydrothermal characteristics of Mn-Zn ferrite nanofluid as a functional material under quadrupole magnetic field
RU2644900C2 (en) Method for processing magnetoreological liquid-heat exchanger
Kichatov et al. Magnetic nanofluid Fe3O4 in passive cooling system based on thermo-osmotic effect
CN104317350A (en) Method for controlling flowing of magnetic liquid
JP6678544B2 (en) Temperature-sensitive magnetic fluid and magnetic-fluid drive using the temperature-sensitive magnetic fluid
Genc Heat transfer of ferrofluids
JP6517768B2 (en) Magnetic fluid driving device and magnetic fluid driving method
JP6113439B2 (en) MAGNETIC FLUID DRIVE DEVICE, HEAT TRANSPORT DEVICE AND POWER GENERATION DEVICE USING THE SAME

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180708