Електромагнитна хидродинамика (EMHD)
Майкъл Фарадей беше млад и щастлив. Едва наскоро той напусна книговезки и се потопи във физически експерименти и колко странни откри.
Идваше новата 1821 година. Семейството чакаше гости. Любяща съпруга изпече ябълков пай за случая. Основното „лакомство“, което Фарадей си приготви сам — чаша живак. Сребристата течност се движеше по забавен начин, когато магнит беше преместен близо до нея. Стационарният магнит няма ефект. Гостите бяха доволни. Изглеждаше, че когато се приближава към магнита, нещо „само“ се появява вътре в живака. Какво?
Много по-късно, през 1838 г., Фарадей описва подобно движение на течност, но не живак, а добре пречистено масло, в което е потопен краят на жица от волтаична колона. Въртящите се водовъртежи на нефтени потоци бяха ясно видими.
Накрая, след още пет години, изследователят извърши известния експеримент на моста Ватерло, като пусна два проводника в Темза, свързани с чувствително устройство. Той искаше да открие напрежението, произтичащо от движението на водата в магнитното поле на Земята. Експериментът е неуспешен, тъй като очакваният ефект е заглушен от други, които имат чисто химичен характер.
Но по -късно от тези експерименти възникна една от най -интересните области на физиката — електромагнитна хидродинамика (EMHD) — наука за взаимодействието на електромагнитно поле с течно -течна среда… Той съчетава класическата електродинамика (почти цялата е създадена от блестящия последовател на Фарадей Дж. Максуел) и хидродинамиката на Л. Ойлер и Д. Стоукс.
Развитието на EMHD първоначално протича бавно и цял век след Фарадей няма особено важни събития в тази област. Едва в средата на този век теоретичните изследвания са завършени главно. И скоро започна практическото използване на ефекта, открит от Фарадей.
Оказа се, че когато силно проводима течност (разтопени соли, течни метали) се движи в електромагнитно поле, в нея се появява електрически ток (магнитохидродинамика — MHD). Слабо проводимите течности (масло, втечнен газ) също «реагират» на електромагнитния ефект чрез появата на електрически заряди (електрохидродинамика — EHD).
Очевидно такова взаимодействие може да се използва и чрез промяна на параметрите на полето да се контролира дебитът на течна среда. Но споменатите течности са основният обект на най-важните технологии: металургия на черни и цветни метали, леярство, рафиниране на петрол.
Практически резултати от използването на EMHD в технологичните процеси
EMHD е свързан с инженерни проблеми като задържане на плазма, охлаждане на течни метали в ядрени реактори и електромагнитно леене.
Известно е, че живакът е токсичен. Но доскоро, по време на производството му, той се изливаше и прехвърляше на ръка. Сега MHD помпите използват пътуващо магнитно поле за изпомпване на живак през абсолютно запечатан тръбопровод. Безопасното производство и най -високата чистота на метала са гарантирани, разходите за труд и енергия са намалени.
Разработени са и се използват инсталации с използването на EMDG, които успяха напълно да премахнат ръчния труд при транспортиране на разтопен метал — магнитодинамичните помпи и инсталации осигуряват автоматизация на наливане на алуминий и цветни сплави. Новата технология дори промени облика на леярите, правейки ги ярки и чисти.
EMDG инсталациите се използват и за изливане на чугун и стомана. Известно е, че този процес е особено труден за механизиране.
Гранулаторите от течни метали са въведени в производството, давайки сфери с идеална форма и равни размери. Тези «топки» се използват широко в цветната металургия.
EHD помпите са разработени и се използват за охлаждане на мощни рентгенови тръби, в които охлаждащото масло тече интензивно в електрическо поле, създадено от високо напрежение на катода на тръбата. Разработена е EHD технология за преработка на растително масло.EHD струите се използват и в устройства за автоматизация и роботика.
Магнитохидродинамичните сензори се използват за точни измервания на ъгловите скорости в инерциални навигационни системи, например в космическата техника. Точността се подобрява с увеличаване на размера на сензора. Сензорът може да оцелее при тежки условия.
MHD генератор или динамо машина преобразува топлинна или кинетична енергия директно в електричество. MHD генераторите се различават от традиционните електрически генератори по това, че могат да работят при високи температури без движещи се части. Отработените газове на плазмен MHD генератор са пламък, способен да загрява котлите на парна електроцентрала.
Принципът на действие на магнитохидродинамичен генератор е почти идентичен с конвенционалния принцип на действие на електромеханичен генератор. Точно както при конвенционален ЕМП в MHD генератор, той се генерира в проводник, който пресича силовите линии на магнитното поле с определена скорост. Въпреки това, ако подвижните проводници на конвенционалните генератори са изработени от твърд метал в MHD генератор, те представляват поток от проводима течност или газ (плазма).
Модел на магнитохидродинамичната единица U-25, Държавен политехнически музей (Москва)
През 1986 г. в СССР е построена първата промишлена електроцентрала с MHD генератор, но през 1989 г. проектът е отменен преди пускането на MHD, а тази електроцентрала по -късно се присъединява към Рязанската ГРЕС като 7 -ми енергоблок с конвенционален дизайн.
Списъкът с практически приложения на електромагнитната хидродинамика в технологичните процеси може да бъде умножен. Разбира се, тези първокласни машини и инсталации възникнаха поради високото ниво на развитие на EMHD теорията.
Потокът от диелектрични течности — електрохидродинамиката — е една от популярните теми на различни международни научни списания.