答辩博士：胡正东
指导老师：王晓雷 教授/博导黄巍 教授/硕导
论文题目：磁流体液/气混合支撑理论与实验研究
答辩委员会：
主席：蒋书运 教授/博导 东南大学
委员：熊党生 教授/博导 南京理工大学
孙见君 教授/博导南京林业大学
云乃彰 教授/博导南京航空航天大学
傅仁利 教授/博导南京航空航天大学
王晓雷 教授/博导南京航空航天大学
黄巍 教授/硕导南京航空航天大学
秘书：戴庆文 讲师/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2021年3月26日15：30
答辩地点：南航明故宫校区A6-6218
学位论文简介：
现代机械装备中面接触摩擦副，常采用静压润滑或者动压润滑实现低摩擦、低磨损。然而，这两种润滑方式需依赖于外部设备或运动条件。
磁流体是一种功能性流体。在外磁场作用下，磁流体不仅能够被定位、限制在指定区域，而且可表现出一定的支撑力。根据实际工况的需求，选择环状永磁体，可以形成密封磁流体液环。此结构除了磁流体自身的静磁支撑之外，密封腔的空气在受到压缩后也具有较强的承载能力。液/气混合支撑不依赖于接触表面间的移动速度，即便表面低速运行或者相对静止，也能对被支撑面产生一定的承载，实现低摩擦、低磨损，做到真正的“无源支撑”。
本文以界面间毛细作用力和磁场环境中磁流体静力学为理论基础，依次建立磁流体液滴、磁流体液环以及磁流体液/气混合支撑模型，并提出多环支撑的方法进一步提高支撑结构的承载能力。
具体工作如下：
(1) 根据水基磁流体液滴在不同润湿界面间的毛细作用、以及在非均匀磁场中产生的磁致压力，建立不同润湿界面磁流体液滴支撑模型，推导出解析表达式，并通过相关实验对理论加以验证。结果表明，相对于亲水/亲水界面，疏水/疏水界面磁流体的承载能力有了一定的提高。疏水模型中，随着磁流体体积的增加和磁场强度的增大，磁流体液滴支撑力均有不同程度的提高。
(2) 基于润湿界面磁流体液滴支撑的研究基础，依次建立磁流体液环支撑以及磁流体液/气混合支撑模型。相对于液环支撑，液/气混合支撑结构增加了气体支撑。并通过选用高饱和磁化强度磁流体或增大气体压缩量来进一步提高液/气混合支撑结构承载能力。
(3) 基于磁流体液/气混合支撑结构（单环结构）的研究，根据提高密封性能的原理，将单环结构拓展到多环结构的承载面上。提出两类新型多环排布结构：1) 多环分离（阵列）时，不同排布形式的支撑力相差不大；多环相邻（阵列）时，不同排布形式的支撑力有明显差异。2) 两环嵌套时，不同排布形式，支撑力有明显差异；三环嵌套时，除了不同排布形式引起支撑力的差异之外，还提高了单位面积上的承载能力。
以上的液/气混合支撑结构为不依赖于接触面间的移动速度提供依据。
主要创新点：
(1) 以界面间毛细作用力和磁场环境中磁流体静力学为理论基础，建立不同润湿界面磁流体液滴支撑模型，系统地研究了界面毛细作用和磁场分布对水基磁流体液滴支撑的影响，推导出不同润湿界面磁流体液滴支撑解析表达式，理论计算与实验结果较吻合。
(2) 基于磁流体液滴支撑的研究基础，系统地研究了磁流体液环支撑以及磁流体液/气混合支撑，气体支撑的参与使得液/气混合支撑能力大大提高。指出了影响液/气混合支撑能力的因素，提出了提高其支撑能力的方法：1) 选高饱和磁化强度的磁流体；2) 增大气体压缩量。
(3) 基于磁流体液/气混合支撑结构（单环结构）的研究，根据提高密封性能的原理，将单环结构拓展到多环结构的承载面上。提出两类新型多环排布结构：1) 对多环阵列进行了合理排布；2) 在有限的接触面积内，对多个磁环进行合理的嵌套设计（两环嵌套和三环嵌套）。
