Elektromagnetische Hydrodynamica (EMHD)

Michael Faraday was jong en gelukkig. Pas onlangs verliet hij de boekbinders en verdiepte hij zich in fysieke experimenten en hoe vreemd hij ze vond.

Het nieuwe jaar 1821 kwam eraan. De familie verwachtte gasten. Een liefhebbende echtgenote bakte voor de gelegenheid een appeltaart. De belangrijkste "traktatie" die Faraday voor zichzelf bereidde - een kopje kwik. De zilveren vloeistof bewoog op een grappige manier toen er een magneet in de buurt kwam. Een stationaire magneet heeft geen effect. De gasten waren tevreden. Het leek erop dat toen het de magneet naderde, er iets "zomaar" in het kwik verscheen. Wat?

Veel later, in 1838, beschreef Faraday een soortgelijke beweging van een vloeistof, maar geen kwik, maar goed gezuiverde olie, waarin het uiteinde van een draad van een voltaïsche kolom was ondergedompeld. De wervelende wervelingen van oliestromen waren duidelijk zichtbaar.

Eindelijk, na nog eens vijf jaar, voerde de onderzoeker het beroemde Waterloo Bridge-experiment uit door twee draden in de Theems te laten vallen die waren verbonden met een gevoelig apparaat. Hij wilde de spanning detecteren die het gevolg is van de beweging van water in het magnetische veld van de aarde.Het experiment was niet succesvol omdat het verwachte effect werd gedempt door andere die puur chemisch van aard waren.

Maar later ontstond uit deze experimenten een van de meest interessante gebieden van de natuurkunde: elektromagnetische hydrodynamica (EMHD) - wetenschap van de interactie van een elektromagnetisch veld met een vloeistof-vloeistof medium… Het combineert klassieke elektrodynamica (bijna allemaal gemaakt door Faraday's briljante volgeling J. Maxwell) en de hydrodynamica van L. Euler en D. Stokes.

De ontwikkeling van EMHD verliep aanvankelijk traag en gedurende een eeuw na Faraday waren er geen bijzonder belangrijke ontwikkelingen op dit gebied. Pas in het midden van deze eeuw waren de theoretische studies grotendeels afgerond. En al snel begon het praktische gebruik van het door Faraday ontdekte effect.

Het bleek dat wanneer een sterk geleidende vloeistof (gesmolten zouten, vloeibare metalen) in een elektromagnetisch veld beweegt, er een elektrische stroom in verschijnt (magnetohydrodynamica - MHD). Slecht geleidende vloeistoffen (olie, vloeibaar gemaakt gas) «reageren» ook op het elektromagnetische effect door het verschijnen van elektrische ladingen (elektrohydrodynamica - EHD).

Vanzelfsprekend kan een dergelijke interactie ook worden gebruikt om de stroomsnelheid van een vloeibaar medium te regelen door de veldparameters te wijzigen. Maar de genoemde vloeistoffen zijn het belangrijkste doel van de belangrijkste technologieën: metallurgie van ferro- en non-ferrometalen, gieterij, olieraffinage.

Praktische resultaten van het gebruik van EMHD in technologische processen

EMHD houdt verband met technische problemen zoals plasma-insluiting, koeling van vloeibare metalen in kernreactoren en elektromagnetisch gieten.

Kwik staat bekend als giftig. Maar tot voor kort, tijdens de productie, werd het met de hand gegoten en overgebracht.MHD-pompen gebruiken nu een bewegend magnetisch veld om kwik door een absoluut afgesloten pijpleiding te pompen. Veilige productie en de hoogste metaalzuiverheid zijn gegarandeerd, arbeids- en energiekosten worden verlaagd.

Installaties met het gebruik van EMDG zijn ontwikkeld en in gebruik, die handarbeid bij het transport van gesmolten metaal volledig hebben geëlimineerd - magnetodynamische pompen en installaties zorgen voor automatisering van het gieten van aluminium en non-ferrolegeringen. De nieuwe technologie veranderde zelfs het uiterlijk van de gietstukken, waardoor ze helder en schoon werden.

EMDG-installaties worden ook gebruikt om ijzer en staal te gieten. Het is bekend dat dit proces bijzonder moeilijk te mechaniseren is.

Granulators voor vloeibaar metaal zijn in productie genomen, waardoor bollen met een ideale vorm en gelijke afmetingen zijn verkregen. Deze «ballen» worden veel gebruikt in de non-ferrometallurgie.

EHD-pompen zijn ontwikkeld en gebruikt voor het koelen van krachtige röntgenbuizen waarin de koelolie intensief stroomt in een elektrisch veld dat ontstaat door een hoogspanning aan de kathode van de buis. EHD-technologie is ontwikkeld voor de verwerking van plantaardige olie.EHD-jets worden ook gebruikt in automatiserings- en robotapparatuur.

Magnetohydrodynamische sensoren worden gebruikt voor nauwkeurige metingen van hoeksnelheden in traagheidsnavigatiesystemen, bijvoorbeeld in ruimtevaarttechniek. De nauwkeurigheid verbetert naarmate de sensor groter wordt. De sensor kan zware omstandigheden overleven.

Een MHD generator of dynamo zet warmte of kinetische energie direct om in elektriciteit. MHD-generatoren verschillen van traditionele elektrische generatoren doordat ze bij hoge temperaturen kunnen werken zonder bewegende delen.Het uitlaatgas van een plasma-MHD-generator is een vlam die de ketels van een stoomkrachtcentrale kan verhitten.

Het werkingsprincipe van een magnetohydrodynamische generator is bijna identiek aan het conventionele werkingsprincipe van een elektromechanische generator. Net als bij een conventionele EMF in een MHD-generator, wordt het opgewekt in een draad die met een bepaalde snelheid de magnetische veldlijnen passeert. Als de bewegende draden van conventionele generatoren echter zijn gemaakt van massief metaal in een MHD-generator, vertegenwoordigen ze een stroom geleidende vloeistof of gas (plasma).

Model van de magnetohydrodynamische eenheid U-25, State Polytechnic Museum (Moskou)

In 1986 werd de eerste industriële energiecentrale met een MHD-generator gebouwd in de USSR, maar in 1989 werd het project geannuleerd vóór de lancering van MHD, en deze energiecentrale voegde zich later bij de Ryazan GRES als de 7e krachtbron van conventioneel ontwerp.

De lijst met praktische toepassingen van elektromagnetische hydrodynamica in technologische processen kan worden vermenigvuldigd. Deze eersteklas machines en installaties zijn natuurlijk ontstaan ​​door het hoge ontwikkelingsniveau van de EMHD-theorie.

De stroom van diëlektrische vloeistoffen - elektrohydrodynamica - is een van de populaire onderwerpen van verschillende internationale wetenschappelijke tijdschriften.