Число Рейнольдса в гидродинамике является основным
критерием и представляет собой отношение конвективных сил инерции к силам
вязкости. Если число Рейнольдса меньше критического значения (для воды ок. 2300)
течение в потоке ламинарное, если больше – турбулентное. На рис. 1.3 показаны
профили течения жидкости в канале (трубе) для двух значений числа Рейнольдса.
При турбулизации потока профили скоростей выравниваются по сечению и
одновременно увеличивается градиент скорости на стенках. Это приводит к
увеличению гидравлического сопротивления (при такой же средней скорости течения,
как в ламинарном).
Рис.1.3
Магнитное число Рейнольдса
имеет
форму гидродинамического числа Рейнольдса, если величину
обозначить
как магнитную вязкость .
Магнитное число Рейнольдса является очень важным критерием не только в магнитной
гидродинамике, но и в электродинамике. Этот критерий показывает степень
взаимодействия между магнитным полем и параметрами движущейся проводящей среды –
.
Иными словами это взаимодействие зависит не только от проводимости и
магнитной проницаемости среды, но и от ее скорости и размеров взаимодействия с
полем. Например, в масштабах космоса проводимость газа очень низка, а скорости и
размеры областей огромны. Поэтому число может иметь очень большие значения и
магнитное поле связывается со средой (магнитное поле «вмораживается» в среду) и
перемещается вместе с ней. Подобная картина имеет место при движении
сверхпроводника в магнитном поле, когда силовые линии выталкиваются
сверхпроводником.
Наоборот, при малых значениях Rem«1,0
это взаимодействие проявляется очень слабо, В лабораторных, т.е. земных условиях
это имеет место при течении в магнитном поле слабопроводящих
жидкостей таких как морская вода, электролиты и др.
В электрических машинах, в которых используется в качестве
проводящего материала медь, магнитное число Рейнольдса может иметь значение
нескольких десятков и даже сотен.
В магнитной гидродинамике более ярким критерием является
также число Гартмана. Этот критерий (число) характеризует отношение
индуцируемой пондеромоторной силы к силе, обусловленной вязкостью жидкости.
Действительно, индуцированная электромагнитная сила имеет порядок
,
а сила вязкости – .
Поэтому .
При М<1,0 – электромагнитные силы меньше сил вязкости и
магнитное поле не оказывает существенного влияния на характер гидродинамических
потоков, хотя в самой жидкости индуцируются ЭДС и протекают (слабые) токи.
Наоборот, при M»1,0 магнитное поле вызывает
электромагнитные силы значительно большие, чем силы вязкости, и характер потока
жидкости существенно изменяется. Это имеет место при течении жидких металлов в
магнитном поле достаточной интенсивности (Na,
Ka). Наконец, число Стюарта
характеризует
меру влияния магнитного поля на течение жидкости. Число Стюарта –
это отношение электродинамической силы к конвективной силе инерции.
Действительно, легко
преобразуется:
.
При M»1,0, 0, но
«1,0
электромагнитные силы малы по сравнению с инерционными и магнитное поле не
оказывает существенного влияния на характер течения жидкости. Вместе с тем при
M»1,0 и «1,0
магнитное поле весьма сильно влияет на поток жидкости.
Чтобы лучше уяснить себе все эти особенности проявления МГД–эффектов
в таблице показаны значения основных критериев для жидкого натрия при
температуре 300°С и морской воды при 20°С.
L0 = 0,01 м,
B0 = 1,0 Тл,
v0 = 1 м/с
Критерий |
Натрий (Na) |
Морская
вода |
Re |
|
|
|
|
|
M |
1320 |
0,6 |
|
68 |
|
Значения критериев наглядно иллюстрируют все
изложенное о характере влияния магнитного поля на течение проводящей жидкости. В
заключение хочется еще раз особенно отметить тот факт, что в магнитной
гидродинамике электромагнитные силы приложены к деформируемым жидким проводникам,
которые не способны противостоять касательным напряжениям. Поэтому любая
ротационная электромагнитная сила способна вызвать движение жидкости.
|
|