Elektromagnetisk hydrodynamikk (EMHD)

Michael Faraday var ung og glad. Det var først nylig at han forlot bokbindere og fordypet seg i fysiske eksperimenter og hvor merkelige han fant dem.

Det nye året 1821 kom. Familien ventet gjester. En kjærlig kone bakte en eplepai for anledningen. Den viktigste "godbiten" som Faraday forberedte til seg selv - en kopp kvikksølv. Sølvvæsken beveget seg på en morsom måte når en magnet ble flyttet nær den. En stasjonær magnet har ingen effekt. Gjestene var fornøyde. Det så ut til at når den nærmet seg magneten, dukket det «bare» opp inne i kvikksølvet. Hva?

Mye senere, i 1838, beskrev Faraday en lignende bevegelse av en flytende, men ikke kvikksølv, men godt renset olje, der enden av en ledning fra en voltaisk kolonne ble nedsenket. De virvlende virvlene av oljestrømmer var godt synlige.

Til slutt, etter ytterligere fem år, utførte forskeren det berømte Waterloo Bridge-eksperimentet ved å slippe to ledninger inn i Themsen koblet til en sensitiv enhet. Han ønsket å oppdage spenningen som følge av bevegelsen av vann i jordens magnetfelt.Eksperimentet var mislykket fordi den forventede effekten ble dempet av andre som var rent kjemisk av natur.

Men senere fra disse eksperimentene oppsto et av de mest interessante feltene innen fysikk— elektromagnetisk hydrodynamikk (EMHD) - vitenskap om samspillet mellom et elektromagnetisk felt og et væske-flytende medium… Den kombinerer klassisk elektrodynamikk (nesten alt skapt av Faradays geniale tilhenger J. Maxwell) og hydrodynamikken til L. Euler og D. Stokes.

Utviklingen av EMHD gikk i utgangspunktet sakte, og i et århundre etter Faraday var det ingen særlig viktig utvikling på dette feltet. Det var først på midten av dette århundret at de teoretiske studiene i hovedsak ble avsluttet. Og snart begynte den praktiske bruken av effekten oppdaget av Faraday.

Det viste seg at når en svært ledende væske (smeltede salter, flytende metaller) beveger seg i et elektromagnetisk felt, vises en elektrisk strøm i den (magnetohydrodynamikk - MHD). Dårlig ledende væsker (olje, flytende gass) «reagerer» også på den elektromagnetiske effekten ved at det oppstår elektriske ladninger (elektrohydrodynamikk - EHD).

En slik interaksjon kan selvsagt også brukes til å kontrollere strømningshastigheten til et flytende medium ved å endre feltparametrene. Men de nevnte væskene er hovedobjektet for de viktigste teknologiene: metallurgi av jernholdige og ikke-jernholdige metaller, støperi, oljeraffinering.

Praktiske resultater av bruk av EMHD i teknologiske prosesser

EMHD er relatert til tekniske problemer som plasmainneslutning, kjøling av flytende metaller i atomreaktorer og elektromagnetisk støping.

Kvikksølv er kjent for å være giftig. Men inntil nylig, under produksjonen, ble den hellet og overført for hånd.MHD-pumper bruker nå et bevegelig magnetfelt for å pumpe kvikksølv gjennom en absolutt forseglet rørledning. Sikker produksjon og høyeste metallrenhet er garantert, arbeids- og energikostnader reduseres.

Installasjoner med bruk av EMDG er utviklet og er i bruk, som klarte å eliminere manuelt arbeid ved transport av smeltet metall - magnetodynamiske pumper og installasjoner gir automatisering av støping av aluminium og ikke-jernholdige legeringer. Den nye teknologien endret til og med utseendet til støpegodsene, og gjorde dem lyse og rene.

EMDG-anlegg brukes også til støpejern og stål. Denne prosessen er kjent for å være spesielt vanskelig å mekanisere.

Flytende metallgranulatorer har blitt introdusert i produksjonen, noe som gir kuler med ideell form og like dimensjoner. Disse «kulene» er mye brukt i ikke-jernholdig metallurgi.

EHD-pumper ble utviklet og brukt til å kjøle kraftige røntgenrør der kjøleoljen strømmer intensivt i et elektrisk felt skapt av en høy spenning ved katoden til røret. EHD-teknologi er utviklet for prosessering av vegetabilsk olje, og EHD-stråler brukes også i automatiserings- og robotutstyr.

Magnetohydrodynamiske sensorer brukes til nøyaktige målinger av vinkelhastigheter i treghetsnavigasjonssystemer, for eksempel innen romteknikk. Nøyaktigheten forbedres etter hvert som sensorstørrelsen øker. Sensoren kan overleve tøffe forhold.

En MHD-generator eller dynamo konverterer varme eller kinetisk energi direkte til elektrisitet. MHD-generatorer skiller seg fra tradisjonelle elektriske generatorer ved at de kan operere ved høye temperaturer uten bevegelige deler.Eksosgassen til en plasma MHD-generator er en flamme som er i stand til å varme opp kjelene til et dampkraftverk.

Prinsippet for drift av en magnetohydrodynamisk generator er nesten identisk med det konvensjonelle prinsippet for drift av en elektromekanisk generator. Akkurat som med en konvensjonell EMF i en MHD-generator, genereres den i en ledning som krysser magnetfeltlinjene med en viss hastighet. Men hvis de bevegelige ledningene til konvensjonelle generatorer er laget av solid metall i en MHD-generator, representerer de en strøm av ledende væske eller gass (plasma).

Modell av den magnetohydrodynamiske enheten U-25, State Polytechnic Museum (Moskva)

I 1986 ble det første industrielle kraftverket med en MHD-generator bygget i USSR, men i 1989 ble prosjektet kansellert før lanseringen av MHD, og ​​dette kraftverket ble senere med i Ryazan GRES som den syvende kraftenheten med konvensjonell design.

Listen over praktiske anvendelser av elektromagnetisk hydrodynamikk i teknologiske prosesser kan multipliseres. Disse førsteklasses maskinene og installasjonene oppsto selvfølgelig på grunn av det høye utviklingsnivået til EMHD-teori.

Strømmen av dielektriske væsker - elektrohydrodynamikk - er et av de populære temaene i forskjellige internasjonale vitenskapelige tidsskrifter.