Elektromagnetinė hidrodinamika (EMHD)
Michaelas Faradėjus buvo jaunas ir laimingas. Tik neseniai jis paliko knygrišius ir pasinėrė į fizinius eksperimentus ir kaip keistai juos rado.
Artėjo naujieji 1821 metai. Šeima laukė svečių. Mylinti žmona šiai progai iškepė obuolių pyragą. Pagrindinis „gardumynas“, kurį Faradėjus paruošė sau – gyvsidabrio taurė. Sidabrinis skystis juokingai judėjo, kai šalia jo buvo pajudintas magnetas. Stacionarus magnetas neturi jokio poveikio. Svečiai liko patenkinti. Atrodė, kad jam artėjant prie magneto kažkas „tiesiog“ pasirodė gyvsidabrio viduje. Ką?
Gerokai vėliau, 1838 m., Faradėjus aprašė panašų skysčio, bet ne gyvsidabrio, o gerai išgryninto aliejaus judėjimą, į kurį buvo panardintas voltų kolonėlės laido galas. Aiškiai matėsi besisukantys naftos srautų sūkuriai.
Galiausiai, po dar penkerių metų, mokslininkas atliko garsųjį Vaterlo tilto eksperimentą, į Temzę įmetęs du laidus, prijungtus prie jautraus prietaiso. Jis norėjo aptikti įtampą, atsirandančią dėl vandens judėjimo Žemės magnetiniame lauke.Eksperimentas buvo nesėkmingas, nes tikėtiną poveikį nutildė kiti, kurie buvo grynai cheminio pobūdžio.
Tačiau vėliau iš šių eksperimentų atsirado viena įdomiausių fizikos sričių – elektromagnetinė hidrodinamika (EMHD) – mokslas apie elektromagnetinio lauko sąveiką su skysčio-skysčio terpe… Jis sujungia klasikinę elektrodinamiką (beveik viską sukūrė puikus Faradėjaus pasekėjas J. Maxwellas) ir L. Eulerio ir D. Stokeso hidrodinamiką.
EMHD plėtra iš pradžių buvo lėta, o šimtmetį po Faradėjaus šioje srityje nebuvo ypač svarbių pokyčių. Tik šio amžiaus viduryje teorinės studijos buvo iš esmės baigtos. Ir netrukus prasidėjo Faradėjaus atrasto efekto praktinis panaudojimas.
Paaiškėjo, kad elektromagnetiniame lauke judant labai laidiam skysčiui (išlydytos druskos, skysti metalai), jame atsiranda elektros srovė (magnetohidrodinamika — MHD). Prastai laidūs skysčiai (nafta, suskystintos dujos) taip pat „reaguoja“ į elektromagnetinį poveikį atsiradus elektros krūviams (elektrohidrodinamika - EHD).
Akivaizdu, kad tokia sąveika taip pat gali būti naudojama skystos terpės srauto greičiui valdyti keičiant lauko parametrus. Bet minėti skysčiai yra pagrindinis svarbiausių technologijų objektas: juodųjų ir spalvotųjų metalų metalurgija, liejyklos, naftos perdirbimas.
EMHD panaudojimo technologiniuose procesuose praktiniai rezultatai
EMHD yra susijęs su inžinerinėmis problemomis, tokiomis kaip plazmos izoliavimas, skystųjų metalų aušinimas branduoliniuose reaktoriuose ir elektromagnetinis liejimas.
Yra žinoma, kad gyvsidabris yra toksiškas. Tačiau dar visai neseniai jį gaminant buvo pilamas ir perkeliamas rankomis.MHD siurbliai dabar naudoja slenkantį magnetinį lauką gyvsidabriui pumpuoti per visiškai sandarų vamzdyną. Garantuojama saugi gamyba ir didžiausias metalo grynumas, sumažėja darbo ir energijos sąnaudos.
Sukurti ir naudojami įrenginiai su EMDG, kurie sugebėjo visiškai pašalinti rankų darbą transportuojant išlydytą metalą - magnetodinaminiai siurbliai ir įrenginiai užtikrina aliuminio ir spalvotųjų metalų lydinių liejimo automatizavimą. Naujoji technologija netgi pakeitė liejinių išvaizdą, todėl jie tapo ryškūs ir švarūs.
EMDG įrenginiai taip pat naudojami ketaus ir plieno gamybai. Žinoma, kad šį procesą ypač sunku mechanizuoti.
Gamyboje pradėti naudoti skysto metalo granuliatoriai, suteikiantys idealios formos ir vienodų matmenų rutulius. Šie „rutuliukai“ plačiai naudojami spalvotųjų metalų pramonėje.
EHD siurbliai buvo sukurti ir naudojami aušinti galingus rentgeno vamzdelius, kuriuose aušinimo alyva intensyviai teka elektriniame lauke, kurį sukuria aukšta įtampa vamzdžio katode. EHD technologija sukurta augaliniam aliejui apdoroti, EHD purkštukai taip pat naudojami automatikos ir robotikos įrenginiuose.
Magnetohidrodinaminiai jutikliai naudojami tiksliai matuoti kampinius greičius inercinėse navigacijos sistemose, pavyzdžiui, kosmoso inžinerijoje. Tikslumas gerėja didėjant jutiklio dydžiui. Jutiklis gali atlaikyti atšiaurias sąlygas.
MHD generatorius arba dinamas paverčia šilumą arba kinetinę energiją tiesiai į elektros energiją. MHD generatoriai nuo tradicinių elektros generatorių skiriasi tuo, kad gali veikti aukštoje temperatūroje be judančių dalių.Plazminio MHD generatoriaus išmetamosios dujos yra liepsna, galinti šildyti garo jėgainės katilus.
Magnetohidrodinaminio generatoriaus veikimo principas beveik identiškas įprastiniam elektromechaninio generatoriaus veikimo principui. Kaip ir įprastas MHD generatoriaus EMF, jis generuojamas laidu, kuris tam tikru greičiu kerta magnetinio lauko linijas. Tačiau jei įprastų generatorių judantys laidai MHD generatoriuje yra pagaminti iš kieto metalo, jie reiškia laidžiojo skysčio arba dujų (plazmos) srautą.
Magnetohidrodinaminio mazgo U-25 modelis, Valstybinis politechnikos muziejus (Maskva)
1986 metais buvo pastatyta pirmoji pramoninė elektrinė su MHD generatoriumi SSRS, tačiau 1989 metais projektas buvo atšauktas prieš MHD paleidimą, o vėliau ši elektrinė prisijungė prie Riazanės GRES kaip 7-asis įprastos konstrukcijos jėgos agregatas.
Elektromagnetinės hidrodinamikos praktinių pritaikymų technologiniuose procesuose sąrašą galima padauginti. Žinoma, šios pirmos klasės mašinos ir įrenginiai atsirado dėl aukšto EMHD teorijos išsivystymo lygio.
Dielektrinių skysčių srautas – elektrohidrodinamika – yra viena iš populiariausių įvairių tarptautinių mokslo žurnalų temų.