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引论1

参考文献5

第1章 铁磁流体的物理性质和流体力学基础6

1.1 铁磁流体6

1.2 铁磁流体的物理性质7

1.2.1 铁磁流体的磁学性质7

1.2.2 铁磁流体的力学性质7

1.2.3 铁磁流体的热学性质8

1.2.4 铁磁流体的光学性质8

1.2.5 铁磁流体的声学性质8

1.3 流体力学基本方程9

1.3.1 概述9

1.3.2 连续性方程9

1.3.3 动量守恒方程（N-S方程）9

1.3.4 能量守恒方程10

1.3.5 直角坐标系、圆柱坐标系和圆球坐标系中的流体力学方程10

1.4 铁磁流体固相微粒旋转时所受到的液体粘性阻力矩12

1.5 铁磁流体固相微粒移动时所受到的液体粘性阻力14

参考文献15

第2章 铁磁流体的电磁学基础16

2.1 概述16

2.2 Lorentz力和磁感应强度16

2.3 Ampere定律16

2.4 Biot-Savart定律17

2.4.1 Biot-Savart实验定律公式17

2.4.2 载流直导线周围产生的磁场17

2.4.3 在任意形状的平面电流环法线上的磁感应强度B18

2.4.4 任意形状电流环平面上的磁场19

2.4.5 在平面电流环外任意点处的磁感应强度21

2.5 圆球形线圈的磁场23

2.5.1 概述23

2.5.2 球形线圈在其磁矩方向上产生的磁场23

2.5.3 球形线圈赤道平面上的磁场25

2.5.4 在球形线圈外任意点处的磁场26

2.6 磁场的Gauss定理和Ampere环路定理26

2.6.1 概述26

2.6.2 导磁物质内的磁场27

2.6.3 磁场的Gauss定理的物理概念27

2.6.4 磁场的Ampere环路定理的物理概念28

2.7 Gauss定理和Ampere环路定理的证明30

2.7.1 Biot-Savart定律的旋度形式30

2.7.2 磁场的Gauss定理31

2.7.3 磁场的Ampere环路定理31

2.8 在铁磁流体中Gauss定理和Ampere环路定理的实例34

2.8.1 长直导线电流产生的磁场34

2.8.2 铁磁流体磁性固相微粒产生的磁场37

2.9 磁场的边界问题39

2.9.1 边界上磁通量的连续性39

2.9.2 边界面上磁场强度的切向分量40

2.9.3 永磁体的边界条件40

2.9.4 以永磁体作为磁源的磁路定理41

2.9.5 分子电流密度i′与磁化强度M的关系43

2.9.6 铁磁流体密封装置的磁路优化设计43

2.10 任意形状的平面微电流环在外磁场中所受的力和力矩44

2.10.1 概述44

2.10.2 坐标系44

2.10.3 电流环所受的磁场力45

2.10.4 在磁场中电流环所受的磁力矩48

2.11 圆球形线圈在非均匀磁场中所受的磁力和磁力矩49

2.11.1 圆球形线圈所受的磁力49

2.11.2 圆球形线圈所受的磁力矩50

2.12 铁磁流体的固相磁性微粒（圆球形线圈）在外磁场中的势能50

2.13 磁偶极子理论51

2.13.1 概述51

2.13.2 磁偶极子产生的磁场52

2.13.3 磁偶极子在外磁场中所受的力53

2.13.4 磁偶极子在外磁场中所受的力矩53

2.13.5 磁偶极子在外磁场中所具有的势能53

参考文献54

第3章 铁磁流体的统计物理学基础55

3.1 概述55

3.2 理想气体分子运动的统计物理学理论55

3.2.1 Boltzmann常数k056

3.2.2 Maxwell-Bo1tzmann分配定律58

3.2.3 能量均分定理64

3.2.4 速度分布和平均速率65

3.3 气体分子或铁磁流体固相微粒之间的相互作用力67

3.3.1 概述67

3.3.2 铁磁流体中的固相微粒之间的van der Waals势能68

3.4 铁磁流体的胶体稳定性69

3.4.1 概述69

3.4.2 在重力场中铁磁流体的胶体稳定性69

3.4.3 在外磁场中铁磁流体的胶体稳定性70

3.4.4 在重力场和外磁场中铁磁流体的磁性固相微粒的平衡浓度分布71

3.5 分散剂机理73

3.5.1 概述73

3.5.2 分散剂的理论模型——摆动杆73

3.6 铁磁流体的磁化和退磁76

3.6.1 概述76

3.6.2 铁磁流体磁化的量子力学理论77

3.6.3 铁磁流体的内禀性磁松弛过程84

3.7 铁磁流体的非内禀性磁松弛过程87

3.7.1 铁磁流体的非内禀性磁化过程87

3.7.2 铁磁流体的非内禀性退磁过程90

3.7.3 铁磁流体的磁松弛时间tr91

3.8 铁磁流体中固相微粒浓度的扩散过程93

3.8.1 概述93

3.8.2 在非均匀磁场中，铁磁流体固相微粒的浓度分布和扩散系数Dp93

3.8.3 铁磁流体内固相微粒分布的均匀化过程95

参考文献97

第4章 铁磁流体牛顿流动力学方程98

4.1 概述98

4.2 铁磁流体胶体混合物的组成参数99

4.2.1 体积分量参数φ99

4.2.2 质量分量参数？99

4.2.3 体积分量φ和质量分量？的关系99

4.3 铁磁流体的热力学参数100

4.3.1 压力100

4.3.2 密度101

4.3.3 铁磁流体的热内能EfO和温度Tf101

4.3.4 铁磁流体的熵102

4.4 铁磁流体的输运参数103

4.4.1 输运的通用方程式103

4.4.2 铁磁流体混合物的粘性系数104

4.4.3 铁磁流体的导热系数106

4.4.4 铁磁流体的扩散系数107

4.5 在外磁场中铁磁流体的热力学定律和热力学函数108

4.5.1 铁磁流体的磁化功108

4.5.2 在存在外磁场时，铁磁流体的主要热力学函数109

4.5.3 铁磁流体磁化性能的本构方程及其磁化强度的导数110

4.5.4 在外磁场很弱和很强两种情况下，铁磁流体磁化性能的本构方程111

4.6 铁磁流体在外磁场中的粘度系数ηH112

4.6.1 概述112

4.6.2 作用于铁磁流体上的粘性力矩和磁力矩112

4.6.3 在等速涡旋下，铁磁流体磁化强度矢量M的分量Mx114

4.6.4 铁磁流体在外磁场中的粘度系数ηH的表达式118

4.7 铁磁流体的混合流运动方程119

4.7.1 铁磁流体运动方程的基本形式119

4.7.2 两相涡旋速度滞后引起的附加力fτ和附加力矩Lτ120

4.7.3 铁磁流体所受的磁场力fm122

4.7.4 铁磁流体混合流的运动方程128

4.8 铁磁流体中固相微粒的动量矩方程129

4.9 铁磁流体的磁化方程131

4.10 铁磁流体的涡量方程131

4.11 铁磁流体的质量守恒方程132

4.12 铁磁流体的能量守恒方程133

4.13 内禀性铁磁流体的动力学方程组136

4.14 铁磁流体的边界条件137

4.14.1 铁磁流体的磁学方程和边界条件137

4.14.2 铁磁流体力学方程的边界条件137

参考文献139

第5章 铁磁流体非牛顿流140

5.1 概述140

5.2 铁磁流体固相微粒之间的相互作用141

5.2.1 概述141

5.2.2 一个偶极子在另一个偶极子产生的磁场中所具有的磁势能142

5.2.3 偶极子对之间的磁力143

5.2.4 偶极子对的磁力矩145

5.2.5 磁偶极子对的磁力因子和磁力矩因子146

5.3 磁偶极子对在特定的相对位置下的磁力和磁力矩147

5.3.1 两偶极子平行，？＝0147

5.3.2 两偶极子反平行，？＝π147

5.3.3 两偶极子互相垂直，？＝π／2147

5.3.4 两偶极子反垂直，？＝3π／2148

5.4 偶极子对的磁场功148

5.4.1 两偶极子中心距改变时的磁势能和磁场功149

5.4.2 在偶极子对中，一个偶极子的翻转功和磁势能的变化150

5.5 偶极子长链153

5.5.1 概述153

5.5.2 串接偶极子长链中的内部磁场153

5.5.3 在串接长链中偶极子的磁势能和相互作用力154

5.5.4 外磁场B0对串接长链中的偶极子的作用156

5.6 铁磁流体中，磁性作用形成的微结构在外磁场影响下的行为157

5.6.1 概述157

5.6.2 偶极子对处于外磁场中157

5.6.3 外磁场对固相微粒聚集体的作用159

5.6.4 外磁场对网状结构的影响160

5.7 铁磁流体流动过程中涡旋（或剪切率）对磁化性能和流动特性的影响163

5.7.1 网状结构和屈服应力163

5.7.2 剪切率D对网状结构和长链的破坏作用165

5.7.3 表面活性剂（或分散剂）对铁磁流体性能的影响166

5.8 铁磁流体流动特性的一种二次型本构方程167

5.8.1 铁磁流体的非牛顿流特性167

5.8.2 铁磁流体的实用的二次型本构方程168

参考文献169

第6章 铁磁流体的拟塑性Bingham体润滑170

6.1 概述170

6.2 非牛顿流铁磁流体的广义Reynolds润滑方程171

6.2.1 平衡方程171

6.2.2 润滑膜内的速度173

6.2.3 润滑膜厚度上的速度梯度174

6.2.4 润滑膜内单位宽度上的体积流量174

6.2.5 具有“固态”核的铁磁流体润滑膜175

6.2.6 非牛顿流铁磁流体的润滑方程177

6.3 在非均匀外磁场中具拟塑性Bingham体性质的铁磁流体润滑的一般关系式178

6.3.1 概述178

6.3.2 非牛顿流铁磁流体在非均匀外磁场中的一维润滑方程179

6.3.3 铁磁流体润滑膜中存在“固态”核时的一般关系式180

6.3.4 铁磁流体润滑膜中粘附核的几何边界181

6.3.5 润滑膜内出现粘附核的临界条件183

6.3.6 粘附核保持存在的条件184

6.4 在均匀外磁场中，铁磁流体润滑的倾斜平板滑块的粘附核185

6.4.1 概述185

6.4.2 倾斜平板滑块中的压力186

6.4.3 倾斜平板滑块中纯剪切流截面h0的值187

6.4.4 具有粘附核的倾斜平板的量纲归一化特征尺寸188

6.4.5 倾斜平板滑块中粘附核出现的临界条件190

6.4.6 倾斜平板滑块中粘附核保持存在的临界条件191

6.5 铁磁流体润滑的倾斜平板滑块的性能——进口和出口均存在粘附核192

6.5.1 概述192

6.5.2 倾斜平板滑块内的压力量纲归一化方程192

6.5.3 进出口均有粘附核的倾斜平板滑块的承载能力193

6.5.4 进出口均有粘附核的倾斜平板滑块的摩擦应力195

6.5.5 具有进口和出口粘附核的倾斜平板滑块的摩擦力和摩擦系数198

6.6 铁磁流体润滑的倾斜平板滑块的性能——只存在进口粘附核200

6.6.1 概述200

6.6.2 压力分布函数200

6.6.3 滑块的承载能力200

6.6.4 仅有进口粘附核的倾斜平板滑块的摩擦力和摩擦系数202

6.6.5 C0值的确定203

6.7 铁磁流体拟塑性Bingham体润滑的轴颈轴承203

6.7.1 概述203

6.7.2 轴颈轴承中的粘附核205

6.7.3 在均匀磁场中，铁磁流体轴颈轴承的压力——进出口均有粘附核207

6.7.4 在均匀磁场中，铁磁流体轴颈轴承的压力——只存在进口粘附核212

6.7.5 在均匀磁场中，铁磁流体轴颈轴承的压力——只存在出口粘附核213

6.8 铁磁流体拟塑性Bingham体润滑的阶梯滑块214

6.8.1 概述214

6.8.2 存在浅腔粘附核和台阶粘附核的阶梯滑块的性能216

6.8.3 只存在浅腔粘附核的阶梯滑块222

6.8.4 只存在台阶粘附核的阶梯滑块223

第6章附录 有关轴颈轴承间隙函数的积分226

6A-1 基本关系式226

6A-2 轴颈轴承间隙函数的积分226

参考文献227

第7章 铁磁流体的拟塑性润滑229

7.1 概述229

7.2 铁磁流体的二维拟塑性润滑基本关系229

7.2.1 铁磁流体的拟塑性粘度系数229

7.2.2 铁磁流体拟塑性润滑的稳态润滑方程及其边界条件230

7.2.3 铁磁流体的稳态拟塑性润滑方程本征函数的正交性质231

7.2.4 二维润滑方程解的一般形式233

7.2.5 二维润滑中的平均本征值方法235

7.3 轴承二维流动的平均剪切率236

7.3.1 概述236

7.3.2 倾斜平板滑块237

7.3.3 轴颈轴承238

7.4 铁磁流体拟塑性润滑的无限宽倾斜平板滑块239

7.4.1 方程式（7.20）的一般积分形式239

7.4.2 在均匀磁场中铁磁流体拟塑性润滑无限宽倾斜平板中的压力240

7.4.3 铁磁流体拟塑性润滑倾斜平板滑块的承载能力241

7.4.4 摩擦力和比摩擦力242

7.4.5 铁磁流体牛顿流润滑的倾斜平板滑块243

7.5 用平均本征值方法对轴承性能做二维修正243

7.5.1 压力和比压243

7.5.2 摩擦应力和比摩擦力244

7.6 倾斜平板滑块轴承拟塑性润滑的二维近似解244

7.6.1 压力和比压的二维近似解244

7.6.2 摩擦应力和比摩擦力的二维近似解245

7.6.3 倾斜平板滑块的牛顿流润滑二维近似解245

7.6.4 倾斜平板滑块的平均本征值246

7.6.5 铁磁流体拟塑性流润滑的无限宽倾斜平板滑块的数值举例246

7.7 铁磁流体拟塑性流润滑的平行平板阶梯滑块247

7.7.1 概述247

7.7.2 阶梯滑块中的压力分布函数248

7.7.3 承载力250

7.7.4 摩擦力250

7.7.5 二维阶梯滑块性能参数的量纲归一化251

7.7.6 无限宽的平行平板阶梯滑块252

7.8 铁磁流体拟塑性流润滑的无限宽轴颈轴承及其二维修正254

7.8.1 无限宽轴颈轴承的压力——润滑方程积分解254

7.8.2 无限宽轴颈轴承的承载能力256

7.8.3 无限宽轴颈轴承的摩擦力258

7.8.4 铁磁流体拟塑性流润滑的无限宽轴颈轴承的数值举例260

7.8.5 无限宽轴颈轴承性能的二维修正261

7.9 铁磁流体拟塑性流润滑的无限窄轴颈轴承262

7.9.1 无限窄轴颈轴承的润滑方程和压力分布262

7.9.2 无限窄轴颈轴承的承载能力263

7.9.3 无限窄轴颈轴承的摩擦力264

参考文献265

第8章 非均匀磁场中铁磁流体的牛顿流润滑266

8.1 概述266

8.2 在非均匀的磁场中，铁磁流体牛顿流润滑的基本关系式267

8.2.1 在非均匀磁场中，铁磁流体牛顿流的润滑方程267

8.2.2 轴承中铁磁流体润滑剂的流量和粘性剪应力271

8.3 非均匀磁场中铁磁流体牛顿流润滑方程的本征函数的正交性质271

8.4 非均匀磁场中铁磁流体牛顿流润滑的倾斜平板滑块272

8.4.1 滑块内的压力分布272

8.4.2 滑块的承载能力273

8.5 在非均匀磁场中，铁磁流体牛顿流润滑的阶梯滑块274

8.5.1 无限宽阶梯滑块中的压力分布274

8.5.2 滑块的承载能力275

8.5.3 摩擦力276

8.5.4 均匀磁场中的阶梯滑块276

参考文献277

第9章 铁磁流体密封278

9.1 概述278

9.2 铁磁流体的Bernoulli方程278

9.3 铁磁流体静止密封的性能280

9.3.1 最大密封能力280

9.3.2 在静止状态下铁磁流体密封膜的表面282

9.3.3 最大密封能力与铁磁流体注入量的关系283

9.4 轴高速旋转时铁磁流体膜的密封284

9.4.1 内筒高速旋转下，无限长同心圆筒间隙内铁磁流体的Bernoulli方程284

9.4.2 轴高速旋转时铁磁流体膜的密封能力285

9.5 铁磁流体密封区的磁场计算287

9.5.1 基本概念287

9.5.2 密封磁场的工程估算方法289

参考文献290