อุทกพลศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้า (EMHD)

Michael Faraday ยังเด็กและมีความสุข ไม่นานมานี้ที่เขาออกจากแฟ้มหนังสือและหมกมุ่นอยู่กับการทดลองทางกายภาพและพบว่าสิ่งเหล่านั้นแปลกประหลาดเพียงใด

ปีใหม่ 1821 กำลังจะมาถึง ครอบครัวกำลังรอแขก ภรรยาที่รักอบพายแอปเปิ้ลในโอกาสนี้ "การรักษา" หลักที่ Faraday เตรียมไว้สำหรับตัวเอง - ถ้วยปรอท ของเหลวสีเงินเคลื่อนไหวอย่างตลกขบขันเมื่อมีแม่เหล็กเคลื่อนเข้ามาใกล้ แม่เหล็กอยู่กับที่ไม่มีผล แขกได้รับความพึงพอใจ ดูเหมือนว่าเมื่อเข้าใกล้แม่เหล็ก มีบางอย่าง "แค่" ปรากฏขึ้นภายในปรอท อะไร

ต่อมาในปี พ.ศ. 2381 ฟาราเดย์ได้อธิบายถึงการเคลื่อนที่ที่คล้ายกันของของเหลว แต่ไม่ใช่น้ำมันปรอท แต่เป็นน้ำมันที่บริสุทธิ์ดี ซึ่งปลายสายไฟจากเสาโวตาอิกจุ่มอยู่ มองเห็นกระแสน้ำมันที่หมุนวนได้อย่างชัดเจน

ในที่สุด หลังจากผ่านไปอีก 5 ปี นักวิจัยก็ได้ทำการทดลองสะพานวอเตอร์ลูอันโด่งดังด้วยการหย่อนสายไฟ 2 เส้นลงในแม่น้ำเทมส์ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน เขาต้องการตรวจจับความตึงเครียดที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของน้ำในสนามแม่เหล็กโลกการทดลองไม่ประสบผลสำเร็จเนื่องจากผลที่คาดไว้ถูกปิดโดยคนอื่น ๆ ที่เป็นสารเคมีล้วน ๆ

แต่ต่อมาจากการทดลองเหล่านี้ เกิดสาขาฟิสิกส์ที่น่าสนใจที่สุดสาขาหนึ่ง— อุทกพลศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้า (EMHD) - วิทยาศาสตร์ของปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับสื่อที่เป็นของเหลวและของเหลว… เป็นการผสมผสานระหว่างอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบคลาสสิก (เกือบทั้งหมดสร้างโดย J. Maxwell ผู้ติดตามที่ยอดเยี่ยมของ Faraday) และอุทกพลศาสตร์ของ L. Euler และ D. Stokes

การพัฒนาของ EMHD ในขั้นต้นเป็นไปอย่างช้าๆ และเป็นเวลาหนึ่งศตวรรษหลังจากฟาราเดย์ ไม่มีการพัฒนาที่สำคัญเป็นพิเศษในสาขานี้ จนกระทั่งกลางศตวรรษนี้ การศึกษาเชิงทฤษฎีส่วนใหญ่เสร็จสมบูรณ์ และในไม่ช้าการใช้เอฟเฟ็กต์ที่ฟาราเดย์ค้นพบในทางปฏิบัติก็เริ่มขึ้น

ปรากฎว่าเมื่อของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าสูง (เกลือหลอมเหลว โลหะเหลว) เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในนั้น (magnetohydrodynamics - MHD) ของเหลวที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี (น้ำมัน ก๊าซเหลว) ยัง «ทำปฏิกิริยา» ต่อผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยการปรากฏตัวของประจุไฟฟ้า (electrohydrodynamics - EHD)

เห็นได้ชัดว่า การโต้ตอบดังกล่าวยังสามารถใช้เพื่อควบคุมอัตราการไหลของตัวกลางที่เป็นของเหลวได้ด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของฟิลด์ แต่ของเหลวดังกล่าวเป็นเป้าหมายหลักของเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุด: โลหะวิทยาของโลหะเหล็กและอโลหะ, โรงหล่อ, การกลั่นน้ำมัน

ผลการปฏิบัติของการใช้ EMHD ในกระบวนการทางเทคโนโลยี

EMHD เกี่ยวข้องกับปัญหาทางวิศวกรรม เช่น การกักเก็บพลาสมา การทำให้เย็นลงของโลหะเหลวในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และการหล่อด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า

เป็นที่ทราบกันดีว่าสารปรอทเป็นพิษ แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ในระหว่างการผลิต มันถูกเทและถ่ายโอนด้วยมือตอนนี้ปั๊ม MHD ใช้สนามแม่เหล็กเคลื่อนที่เพื่อสูบปรอทผ่านท่อที่ปิดสนิท รับประกันการผลิตที่ปลอดภัยและความบริสุทธิ์ของโลหะสูงสุด ต้นทุนแรงงานและพลังงานลดลง

การติดตั้งโดยใช้ EMDG ได้รับการพัฒนาและใช้งานอยู่ ซึ่งสามารถกำจัดการใช้แรงงานคนในการขนส่งโลหะหลอมเหลวได้อย่างสมบูรณ์ — ปั๊มและการติดตั้งระบบแม่เหล็กช่วยให้การเทอะลูมิเนียมและโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กเป็นไปโดยอัตโนมัติ เทคโนโลยีใหม่ได้เปลี่ยนรูปลักษณ์ของการหล่อ ทำให้ดูสดใสและสะอาดตา

โรงงาน EMDG ยังใช้ในการหล่อเหล็กและเหล็กกล้าอีกด้วย กระบวนการนี้เป็นที่ทราบกันดีว่ายากเป็นพิเศษในการใช้เครื่องจักร

เครื่องบดย่อยโลหะเหลวได้ถูกนำมาใช้ในการผลิต ทำให้ได้ทรงกลมที่มีรูปร่างในอุดมคติและมีขนาดที่เท่ากัน «ลูกบอล» เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็ก

ปั๊ม EHD ได้รับการพัฒนาและใช้เพื่อหล่อเย็นหลอดรังสีเอกซ์ทรงพลัง ซึ่งน้ำมันหล่อเย็นจะไหลอย่างหนาแน่นในสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยไฟฟ้าแรงสูงที่แคโทดของท่อ เทคโนโลยี EHD ได้รับการพัฒนาสำหรับการแปรรูปน้ำมันพืช นอกจากนี้ EHD jets ยังถูกใช้ในอุปกรณ์อัตโนมัติและหุ่นยนต์อีกด้วย

เซ็นเซอร์ Magnetohydrodynamic ใช้สำหรับวัดความเร็วเชิงมุมอย่างแม่นยำในระบบนำทางเฉื่อย เช่น ในงานวิศวกรรมอวกาศ ความแม่นยำจะดีขึ้นเมื่อขนาดเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้น เซ็นเซอร์สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโม MHD จะแปลงพลังงานความร้อนหรือพลังงานจลน์เป็นไฟฟ้าโดยตรง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD แตกต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบดั้งเดิมตรงที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวก๊าซไอเสียของเครื่องกำเนิดพลาสมา MHD เป็นเปลวไฟที่สามารถให้ความร้อนแก่หม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกนั้นเกือบจะเหมือนกับหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องกลไฟฟ้าทั่วไป เช่นเดียวกับ EMF ทั่วไปในเครื่องกำเนิด MHD มันถูกสร้างขึ้นในเส้นลวดที่ตัดผ่านเส้นสนามแม่เหล็กด้วยความเร็วระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม หากสายไฟเคลื่อนที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปทำจากโลหะแข็งในเครื่องกำเนิด MHD สายไฟเหล่านั้นจะแสดงถึงการไหลของของเหลวหรือก๊าซที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (พลาสมา)

แบบจำลองของหน่วยแมกนีโตไฮโดรไดนามิก U-25 พิพิธภัณฑ์โปลีเทคนิคแห่งรัฐ (มอสโก)

ในปี 1986 โรงไฟฟ้าอุตสาหกรรมแห่งแรกที่มีเครื่องกำเนิด MHD ถูกสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียต แต่ในปี 1989 โครงการถูกยกเลิกก่อนที่จะมีการเปิดตัว MHD และโรงไฟฟ้าแห่งนี้ได้เข้าร่วม Ryazan GRES ในภายหลังในฐานะหน่วยพลังงานที่ 7 ของการออกแบบทั่วไป

รายการการใช้งานจริงของอุทกพลศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้าในกระบวนการทางเทคโนโลยีสามารถทวีคูณได้ แน่นอนว่าเครื่องจักรและการติดตั้งชั้นหนึ่งเหล่านี้เกิดขึ้นเนื่องจากการพัฒนาทฤษฎี EMHD ในระดับสูง

การไหลของของเหลวไดอิเล็กตริก — อิเล็กโทรไดนามิกส์ — เป็นหนึ่งในหัวข้อยอดนิยมของวารสารวิทยาศาสตร์นานาชาติหลายฉบับ