Elektromágneses hidrodinamika (EMHD)

Michael Faraday fiatal volt és boldog. Csak nemrég hagyta el a könyvkötőket, és belemerült a fizikai kísérletekbe, és milyen furcsának találta őket.

Közeleg az új év, 1821. A család vendégeket várt. Egy szerető feleség almás pitét sütött erre az alkalomra. A fő "csemege", amelyet Faraday készített magának - egy csésze higany. Az ezüst folyadék vicces módon mozgott, amikor egy mágnest mozgattak a közelébe. Az álló mágnesnek nincs hatása. A vendégek elégedettek voltak. Úgy tűnt, ahogy közeledett a mágneshez, valami „csak” megjelent a higany belsejében. Mit?

Jóval később, 1838-ban Faraday egy folyékony, de nem higany, hanem jól tisztított olaj hasonló mozgását írta le, amelybe egy voltaikus oszlopból származó vezeték végét merítették. Jól látszottak az olajfolyamok kavargó örvényei.

Végül újabb öt év elteltével a kutató elvégezte a híres Waterloo-hídi kísérletet úgy, hogy két vezetéket ejtett a Temzébe egy érzékeny eszközhöz csatlakoztatva. A víz mozgásából adódó feszültséget akarta érzékelni a Föld mágneses mezejében.A kísérlet sikertelen volt, mert a várt hatást tompították mások, amelyek tisztán kémiai természetűek voltak.

De később ezekből a kísérletekből a fizika egyik legérdekesebb területe született. elektromágneses hidrodinamika (EMHD) – az elektromágneses mező és a folyadék-folyadék közeg kölcsönhatásának tudománya… Egyesíti a klasszikus elektrodinamikát (majdnem mindegyiket Faraday zseniális követője, J. Maxwell alkotta meg) és L. Euler és D. Stokes hidrodinamikáját.

Az EMHD fejlődése kezdetben lassú volt, és Faraday után egy évszázadig nem történt különösebben fontos fejlemény ezen a területen. Az elméleti tanulmányok döntően csak e század közepén fejeződtek be. És hamarosan megkezdődött a Faraday által felfedezett hatás gyakorlati alkalmazása.

Kiderült, hogy amikor egy nagy vezetőképességű folyadék (olvadt sók, folyékony fémek) elektromágneses térben mozog, elektromos áram jelenik meg benne (magnetohidrodinamika - MHD). A gyengén vezető folyadékok (olaj, cseppfolyósított gáz) szintén "reagálnak" az elektromágneses hatásra elektromos töltések megjelenésével (elektrohidrodinamika - EHD).

Nyilvánvalóan egy ilyen kölcsönhatás a terepi paraméterek megváltoztatásával folyékony közeg áramlási sebességének szabályozására is használható. De az említett folyadékok a legfontosabb technológiák fő tárgyai: vas- és színesfémkohászat, öntöde, olajfinomítás.

Az EMHD technológiai folyamatokban való alkalmazásának gyakorlati eredményei

Az EMHD olyan mérnöki problémákkal kapcsolatos, mint a plazma visszatartása, a folyékony fémek hűtése az atomreaktorokban és az elektromágneses öntés.

A higanyról ismert, hogy mérgező. De egészen a közelmúltig, a gyártás során, kézzel öntötték és szállították.Az MHD szivattyúk most mozgó mágneses mezőt használnak a higany pumpálására egy teljesen lezárt csővezetéken keresztül. A biztonságos gyártás és a legmagasabb fémtisztaság garantált, a munkaerő- és energiaköltségek csökkennek.

EMDG-t használó berendezéseket fejlesztettek ki és használnak, amelyek teljesen kiküszöbölték a kézi munkát az olvadt fém szállítása során – a magnetodinamikus szivattyúk és berendezések automatizálják az alumínium és a színesfém ötvözetek öntését. Az új technológia még az öntvények megjelenését is megváltoztatta, világossá és tisztává tette őket.

Az EMDG-üzemeket vas- és acélöntéshez is használják. Ezt a folyamatot köztudottan különösen nehéz gépesíteni.

A gyártásba bevezették a folyékony fém granulátorokat, amelyek ideális alakú és azonos méretű gömböket adnak. Ezeket a "golyókat" széles körben használják a színesfémkohászatban.

Az EHD szivattyúkat olyan nagy teljesítményű röntgencsövek hűtésére fejlesztették ki és használták, amelyekben a hűtőolaj intenzíven áramlik a cső katódján lévő nagy feszültség által létrehozott elektromos térben. Az EHD technológiát a növényi olajok feldolgozására fejlesztették ki.Az EHD jeteket automatizálási és robotikai eszközökben is használják.

A magnetohidrodinamikus érzékelőket a szögsebesség pontos mérésére használják inerciális navigációs rendszerekben, például az űrtechnikában. A pontosság az érzékelő méretének növekedésével javul. Az érzékelő túléli a nehéz körülményeket.

Az MHD generátor vagy dinamó a hőt vagy a mozgási energiát közvetlenül elektromos árammá alakítja át. Az MHD generátorok abban különböznek a hagyományos elektromos generátoroktól, hogy mozgó alkatrészek nélkül is képesek magas hőmérsékleten működni.A plazma MHD generátor kipufogógáza egy gőzerőmű kazánjának fűtésére alkalmas láng.

A magnetohidrodinamikus generátor működési elve szinte megegyezik az elektromechanikus generátor hagyományos működési elvével. Csakúgy, mint az MHD-generátorok hagyományos EMF-jei, ez is egy vezetékben jön létre, amely bizonyos sebességgel keresztezi a mágneses erővonalakat. Ha azonban a hagyományos generátorok mozgó vezetékei tömör fémből készülnek egy MHD generátorban, akkor vezetőképes folyadék vagy gáz (plazma) áramlását képviselik.

Az U-25 magnetohidrodinamikai egység modellje, Állami Műszaki Múzeum (Moszkva)

1986-ban megépült az első ipari erőmű MHD generátorral a Szovjetunióban, de 1989-ben a projektet törölték az MHD elindítása előtt, és ez az erőmű később csatlakozott a Ryazan GRES-hez, mint a 7. hagyományos tervezésű erőmű.

Az elektromágneses hidrodinamika technológiai eljárásokban való gyakorlati alkalmazásainak listája sokszorozható. Természetesen ezek az első osztályú gépek és berendezések az EMHD elmélet magas szintű fejlettsége miatt jöttek létre.

A dielektromos folyadékok áramlása – elektrohidrodinamika – a különböző nemzetközi tudományos folyóiratok egyik népszerű témája.