Elektromagnetisk hydrodynamik (EMHD)

Michael Faraday var ung og glad. Det var først for nylig, at han forlod bogbindere og fordybede sig i fysiske eksperimenter, og hvor mærkelige han fandt dem.

Det nye år 1821 var på vej. Familien ventede gæster. En kærlig kone bagte en æbletærte til lejligheden. Den vigtigste "godbid", som Faraday forberedte til sig selv - en kop kviksølv. Sølvvæsken bevægede sig på en sjov måde, når en magnet blev flyttet i nærheden af ​​den. En stationær magnet har ingen effekt. Gæsterne var tilfredse. Det så ud til, at da den nærmede sig magneten, dukkede noget "bare" op inde i kviksølvet. Hvad?

Langt senere, i 1838, beskrev Faraday en lignende bevægelse af en flydende, men ikke kviksølv, men velrenset olie, hvori enden af ​​en ledning fra en voltaisk søjle var nedsænket. De hvirvlende hvirvler af oliestrømme var tydeligt synlige.

Endelig, efter yderligere fem år, udførte forskeren det berømte Waterloo Bridge-eksperiment ved at droppe to ledninger i Themsen forbundet til en følsom enhed. Han ønskede at opdage spændingen som følge af vandets bevægelse i Jordens magnetfelt.Eksperimentet var mislykket, fordi den forventede effekt blev dæmpet af andre, der var af rent kemisk natur.

Men senere fra disse eksperimenter opstod et af fysikkens mest interessante felter - elektromagnetisk hydrodynamik (EMHD) - videnskab om interaktionen mellem et elektromagnetisk felt og et væske-væske medium… Den kombinerer klassisk elektrodynamik (næsten alt skabt af Faradays geniale følger J. Maxwell) og hydrodynamikken fra L. Euler og D. Stokes.

Udviklingen af ​​EMHD var oprindeligt langsom, og i et århundrede efter Faraday var der ingen særlig vigtig udvikling på dette område. Det var først i midten af ​​dette århundrede, at de teoretiske studier hovedsagelig blev afsluttet. Og snart begyndte den praktiske brug af effekten opdaget af Faraday.

Det viste sig, at når en stærkt ledende væske (smeltede salte, flydende metaller) bevæger sig i et elektromagnetisk felt, opstår der en elektrisk strøm i den (magnetohydrodynamik - MHD). Dårligt ledende væsker (olie, flydende gas) «reagerer» også på den elektromagnetiske effekt ved fremkomsten af ​​elektriske ladninger (elektrohydrodynamik - EHD).

Naturligvis kan en sådan vekselvirkning også bruges til at styre strømningshastigheden af ​​et flydende medium ved at ændre feltparametrene. Men de nævnte væsker er hovedobjektet for de vigtigste teknologier: metallurgi af jernholdige og ikke-jernholdige metaller, støberi, olieraffinering.

Praktiske resultater af brug af EMHD i teknologiske processer

EMHD er relateret til tekniske problemer såsom plasmaindeslutning, afkøling af flydende metaller i atomreaktorer og elektromagnetisk støbning.

Kviksølv er kendt for at være giftigt. Men indtil for nylig, under produktionen, blev det hældt og overført i hånden.MHD-pumper bruger nu et bevægende magnetfelt til at pumpe kviksølv gennem en absolut forseglet rørledning. Sikker produktion og den højeste metalrenhed er garanteret, arbejds- og energiomkostninger reduceres.

Installationer med brug af EMDG er blevet udviklet og er i brug, som formåede fuldstændigt at eliminere manuelt arbejde ved transport af smeltet metal - magnetodynamiske pumper og installationer giver automatisering af hældning af aluminium og ikke-jernholdige legeringer. Den nye teknologi ændrede endda udseendet af støbegodset, hvilket gjorde dem lyse og rene.

EMDG-anlæg bruges også til at støbe jern og stål. Denne proces er kendt for at være særlig vanskelig at mekanisere.

Flydende metalgranulatorer er blevet introduceret i produktionen, hvilket giver kugler med ideel form og lige dimensioner. Disse «bolde» er meget udbredt i ikke-jernholdig metallurgi.

EHD-pumper blev udviklet og brugt til at køle kraftige røntgenrør, hvori køleolien strømmer intensivt i et elektrisk felt skabt af en højspænding ved rørets katode. EHD-teknologi er udviklet til forarbejdning af vegetabilsk olie, og EHD-dyser bruges også i automatiserings- og robotudstyr.

Magnetohydrodynamiske sensorer bruges til nøjagtige målinger af vinkelhastigheder i inerti-navigationssystemer, for eksempel i rumteknik. Nøjagtigheden forbedres, efterhånden som sensorstørrelsen øges. Sensoren kan overleve barske forhold.

En MHD-generator eller dynamo omdanner varme eller kinetisk energi direkte til elektricitet. MHD-generatorer adskiller sig fra traditionelle elektriske generatorer ved, at de kan fungere ved høje temperaturer uden bevægelige dele.Udstødningsgassen fra en plasma MHD-generator er en flamme, der er i stand til at opvarme kedlerne i et dampkraftværk.

Princippet for drift af en magnetohydrodynamisk generator er næsten identisk med det konventionelle princip for drift af en elektromekanisk generator. Ligesom med en konventionel EMF i en MHD-generator, genereres den i en ledning, der krydser de magnetiske feltlinjer med en bestemt hastighed. Men hvis de bevægelige ledninger i konventionelle generatorer er lavet af fast metal i en MHD-generator, repræsenterer de en strøm af ledende væske eller gas (plasma).

Model af den magnetohydrodynamiske enhed U-25, State Polytechnic Museum (Moskva)

I 1986 blev det første industrielle kraftværk med en MHD-generator bygget i USSR, men i 1989 blev projektet aflyst før lanceringen af ​​MHD, og ​​dette kraftværk sluttede sig senere til Ryazan GRES som den 7. kraftenhed af konventionelt design.

Listen over praktiske anvendelser af elektromagnetisk hydrodynamik i teknologiske processer kan multipliceres. Disse førsteklasses maskiner og installationer opstod naturligvis på grund af det høje udviklingsniveau af EMHD teori.

Strømmen af ​​dielektriske væsker - elektrohydrodynamik - er et af de populære emner i forskellige internationale videnskabelige tidsskrifter.