磁性流體是由基載液體、磁性微粒及附著在磁性微粒表面的表面活性劑組成。因此，磁性流體的粘性和懸浮的磁性微粒及表面活性劑的行為有關(guān)。同時(shí)，磁場對磁性流體微粒的行為也會(huì)產(chǎn)生影響，所以磁性流體的粘性同外磁場也有關(guān)。

1、磁性流體的粘度

1.1 沒有外磁場作用時(shí)的粘度

　　對于稀疏的磁性流體而言，磁性流體的粘性可以按Einstein公式計(jì)算，即

　　其中，η0- 沒有磁場作用是磁性流體動(dòng)力粘性系數(shù);

　　ηc- 磁性流體基載液體動(dòng)力粘性系數(shù);

　　φ- 磁性流體單位體積微粒所占的體積。

　　對于非稀疏的磁性流體而言，磁性流體的粘性可以根據(jù)Rosensweig公式計(jì)算，即

　　通常，磁性流體基載液體的動(dòng)力粘性系數(shù) 是溫度的函數(shù)。因此，磁性流體的動(dòng)力粘性系數(shù) 也是溫度的函數(shù)，即

1.2、存在外磁場作用時(shí)的粘度

　　一般地說，磁性流體的微粒科可以看作一個(gè)個(gè)的小環(huán)形電流。在外磁場的作用下，磁性流體微粒受到使其磁矩與外磁場方向一致的力矩。任何使它們偏離外磁場方向的傾向，都必須付出克服磁場作用的功。只有存在磁性流體微粒和基載液體相對運(yùn)動(dòng)的前提下，才能表現(xiàn)出顆粒對粘性的影響。而磁場力是控制磁性流體顆粒運(yùn)動(dòng)的一個(gè)因素，所以外磁場的存在，必定會(huì)對磁性流體的粘性產(chǎn)生影響。

　　若磁場存在時(shí)，磁性流體的粘度為：

　　其中，

　　m1，m2- 液體分子、磁性微粒質(zhì)量;

　　n1，n2- 液體分子、磁性流體數(shù)量;

　　a- 液體分子的平均直徑;

　　b- 磁性微粒平均直徑;

　　τ2-磁性微粒連續(xù)碰撞的平均時(shí)間;

　　M- 每個(gè)磁性微粒的磁矩;

　　H- 磁場強(qiáng)度;

　　C2- 磁性微粒的平均速度。

　　從方程(4)可以看出，δ依賴于磁場強(qiáng)度梯度，于是磁性流體粘度方程中，(1+δ)1/2就是磁場對磁性流體粘度的影響。從δ的計(jì)算方程中可以看出，如果磁場強(qiáng)度梯度是空間坐標(biāo)的x、y和z函數(shù)，那么磁性流體的粘度在空間每一點(diǎn)上均發(fā)生變化。如果下列三式均成立，

　　即磁場強(qiáng)度梯度為常數(shù)，磁性流體的粘度在所有區(qū)域均相同。同時(shí)，從方程(4)中還可以得出，當(dāng) n2/n1=0時(shí)，即溶劑的粘度ηc為

2、實(shí)驗(yàn)研究

　　圖1所示為磁性流體粘度測試實(shí)驗(yàn)裝置。從公式(4)分析中可以看出，只有當(dāng)磁場梯度存在的時(shí)候，磁性流體的粘度才會(huì)產(chǎn)生變化。由于溫度對磁性流體的粘度也會(huì)產(chǎn)生影響，因此，為了能觀測到磁場對磁性流體粘度的影響，所以在右圖測試裝置中另加了一個(gè)溫度計(jì)以確保溫度的恒定，從而可以觀測出磁場的變化導(dǎo)致的對磁性流體的粘度產(chǎn)生影響不是由于溫度的變化而產(chǎn)生的。同時(shí)，磁性流體的液面要足夠的大，磁性流體的深度要足夠的深，即磁性流體的量要足夠大，這樣就可以忽略由于粘度計(jì)測試端的觸點(diǎn)所帶來的誤差。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　圖2所示為磁性流體粘度隨溫度變化曲線。該曲線的測量結(jié)果是磁性流體沒有受到磁場作用下得到。從圖中可以清楚地看出，隨著溫度的逐漸升高，磁性流體的粘度在逐漸的降低，這是由于隨著溫度的升高，溶液中微粒的布朗運(yùn)動(dòng)加劇，使得磁性流體基載液和磁性微粒之間的旋轉(zhuǎn)速度差逐漸降低，從而粘度逐漸降低。這一特性和普通流體的粘度與溫度特性相似。

　　圖3所示為通過粘度計(jì)測量的磁性流體粘度在不同電流作用下隨時(shí)間變化曲線。在環(huán)境和磁性流體溫度不變的情況下，從圖中可以清楚地看出，在磁場作用磁性流體的開始階段，磁場越大，磁性流體的粘度的變化率越大。同時(shí)，磁性流體的粘度也越大。

　　在環(huán)境和磁性流體溫度不變的情況下，在同一電流作用下，磁性流體的粘度隨著電流作用時(shí)間的不斷增加也在不斷的增加。這是由于在電流作用前，由于熱運(yùn)動(dòng)，磁性微粒中的分子磁效應(yīng)的總和總是可以用一個(gè)等效的圓電流表示，即分子電流。分子電流的磁矩任意取向，雜亂無章的，磁性微粒中分子的合成磁矩為零。而此時(shí)磁性流體內(nèi)各粒子的相互摩擦是產(chǎn)生粘度的主要原因。磁性流體中磁性微粒的存在，當(dāng)磁性流體受到磁場作用時(shí)，磁性微粒的磁化矢量 總是要和外磁場強(qiáng)度矢量 的方向保持一致。同時(shí)，磁性微粒的旋轉(zhuǎn)是因?yàn)榇判粤黧w基載液的渦旋帶動(dòng)的。這樣磁性流體中分子電流由于磁性微粒的旋轉(zhuǎn)而形成微小電流環(huán)。在磁場中，微小電流環(huán)就如同電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈那樣受到磁力矩的作用。這個(gè)力矩總是要阻止磁性微粒的旋轉(zhuǎn)，從而造成磁性流體基載液和磁性微粒之間旋轉(zhuǎn)速度差的增大，也就使得兩者之間的摩擦力增加，導(dǎo)致磁性流體粘度的增加。但是，隨著時(shí)間的進(jìn)一步推移，磁性流體基載液和磁性微粒之間旋轉(zhuǎn)速度逐漸趨于穩(wěn)定，這樣磁性流體的粘度逐漸恒定，磁性流體粘度的變化率在不斷的減小，最后磁性流體的粘度達(dá)到某一恒定值。如圖4所示。

　　圖4所示為溫度一定，磁性流體粘度與磁場關(guān)系。從曲線中進(jìn)一步可以看出，隨著磁場的逐漸增加，磁性流體的粘度在不斷增加。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于磁場的增加，使得磁性流體基載液和磁性微粒之間的旋轉(zhuǎn)速度差進(jìn)一步加大，從而使得磁性流體的粘度進(jìn)一步增加。

4、結(jié)論

　　磁性流體粘度是磁性流體的一種重要特性。由于磁性流體是一種兩相流體，在磁場的作用下，磁性流體還要受到磁場的作用，磁性流體的粘度會(huì)發(fā)生變化。

　�、俅判粤黧w在沒有磁場作用時(shí)，作為普通兩相流體，其粘度隨著溫度的逐漸升高而逐漸減小。

　　②磁性流體在受到磁場作用時(shí)，由于磁性流體基載液和磁性微粒之間旋轉(zhuǎn)速度差的增加，其粘度要大于未受到磁場作用時(shí)的粘度;同時(shí)，在磁性流體未達(dá)到飽和前，溫度相同時(shí)，磁場越強(qiáng)，磁性流體基載液和磁性微粒之間的旋轉(zhuǎn)速度差進(jìn)一步增加，其粘度也隨之加大，但是當(dāng)磁性流體達(dá)到飽和狀態(tài)以后，其粘度隨磁場強(qiáng)度變化的趨勢減緩。

　�、鄞判粤黧w在受到磁場作用是，當(dāng)磁場強(qiáng)度梯度存在變化時(shí)，沿著磁場強(qiáng)度梯度變化的方向上，磁性流體的粘度均發(fā)生變化;當(dāng)磁場梯度為常數(shù)時(shí)，磁性流體的粘度在整個(gè)區(qū)域均相同。