Разработка нового экспресс-метода магнитореологической диагностики магнитных свойств частиц дисперсной фазы природных и техногенных сред. Создание принципов его цифровизации в лабораторной и промышленной практике

Основная цель – разработка нового метода магнитореологической диагностики магнитных свойств частиц дисперсной фазы природных и техногенных сред, создание принципов цифровой технологии его реализации в лабораторной и промышленной практике. Такой метод особо востребован для решения различных задач, связанных с целенаправленным магнитным воздействием на присутствующие во многих средах феррочастицы различного происхождения. По результатам выполнения текущего этапа НИР опубликовано 13 научных трудов, в том числе 6 работ, индексируемых Web of Science и Scopus. Получено 4 патента, зарегистрировано 8 заявок на РИД. Результаты работы доложены на 2-х международных конференциях, создан экспонат цифрового устройства магнитоконтроля ферропримесей, демонстрировавшийся на 2-х выставках: «Открытые инновации» (Сколково) и «ВУЗПРОМЭКСПО» (Экспоцентр). В работе приводится обоснование предлагаемого метода магнитореологической диагностики магнитной восприимчивости частиц, позволяющего, в отличие от существующих методов изучения магнитной восприимчивости материалов, осуществлять такую диагностику, используя для этого единичные частицы дисперсной фазы природных и техногенных сред. Необходимые сведения о дисперсном составе частиц техногенных сред, их морфологии и элементном составе получены на оборудовании ЦКП МСТиЭКБ (МИЭТ). В отчете приводятся данные магнитной восприимчивости железосодержащих частиц, полученные по результатам измерений восприимчивости их порошковых, в том числе относительно слабо концентрированных, образцов усовершенствованным пондеромоторным методом. Показано, что восприимчивость частиц, существенно убывая при увеличении напряженности поля в рабочей постэкстремальной области – практически по степенной зависимости, значительно подавляет роль параметра напряженности поля, фигурирующего в базовом выражении для магнитной силы. Анализируются экспериментальные полевые зависимости индукции, магнитной проницаемости, восприимчивости и намагниченности дисперсных магнетиков – на примере цилиндрических гранулированных ферромагнитных образцов. Установлены принципиальные особенности характера намагничивания таких магнетиков (в отличие от сплошных магнетиков) – это отсутствие не только магнитного насыщения, но и признаков приближения к такому насыщению. Уделяется внимание вопросу о роли температуры жидкостно-дисперсной среды – как параметра, влияющего посредством реологического параметра, а именно динамической вязкости, на результат магнитного выделения частиц и лимитирующий скоростной режим. Получены соответствующие феноменологические связи, более полно раскрывающие выражение для эффективности магнитного выделения частиц. Предложен и протестирован подход к идентификации и обоснованию зоны стабильной неоднородности поля – как рабочей зоны не только для расположения дисперсного образца (при реализации усовершенствованного пондеромоторного метода), но и для принудительного дрейфа в ней отдельной частицы (при реализации нового, магнитореологического метода). Разработан и создан экспериментальный стенд для магнитореологической диагностики частиц. Обоснованы условия для практически полного устранения инерционной силы, когда можно воспользоваться принципом баланса конкурирующих сил и получить расчетные выражения для опытно-расчетного определения магнитной восприимчивости частицы. Разрабатываемые основы метода магнитореологической диагностики магнитной восприимчивости единичных частиц, позволяющего, в отличие от существующих методов, осуществлять такую диагностику (т.е. используя лишь единичные частицы), являются принципиально важными, прежде всего, для развития научной и технологической базы различных видов магнитофореза. Создание этого нового метода (с соответствующей возможностью реализации в нем цифрового принципа для оперативного получения информации, т.е. в исполнении экспресс-метода), обеспечит его широкое применение в научных исследованиях, лабораторной и промышленной практике, биоинженерии, медицине.