ВВЕДЕНИЕ

Магнитная гидродинамика несжимаемой жидкости, физика холодной и горячей плазмы оформились в последние годы в самостоятельную науку, а их практические применения в различных отраслях промышленности стали неотъемлемой частью технического прогресса.

Транспортировка проводящих жидкостей и жидких металлов магнитогидродинамическими насосами, измерение параметров и скоростей транспортируемых жидкостей, прямое преобразование тепловой энергии в электрическую с помощью магнитогидродинамических генераторов, удержание горячей плазмы в установках управляемой термоядерной реакции, создание плазменных и других двигателей, проблемы входа в земную атмосферу спутников и баллистических ракет – вот далеко не полный перечень применения в технике магнитной гидродинамики.

Магнитная гидродинамика как наука сформировалась примерно в 1940–45г. в результате изучения космических явлений, явлений в горячих звездах и солнечных пятен на солнце.

Высокая температура вещества звезд и космический газ являются высокоионизированной плазмой, которые в космических магнитных полях приводят к магнитогидродинамическому взаимодействию большого или огромного масштаба.

При изучении солнечных пятен на Солнце в 1940г. астрофизик Г. Альфвен сформулировал единый взгляд на проблему космических явлений и предложил термин МГД–явлений или магнитогидродинамических явлений. До этого времени в земных, т.е. лабораторных условиях были уже проведены серьезные работы по определению поведения проводящих жидкостей и жидких металлов (ртутью) в магнитном поле при их движении или вращении. Основные теоретические и экспериментальные работы в этой области были проведены Д. Гартманом и Ф. Лазарусом. Еще ранее М. Фарадей в 1838 г. измерял ЭДС, наводимую на противоположных берегах реки Темзы (воды которой достаточно солены в результате приливов), при течении ее вод в магнитном поле земли и тем самым определил скорость течения.

Бурное развитие в послевоенные годы прикладных наук оказало сильное воздействие и на прикладную магнитную гидродинамику. С появлением ядерных реакторов стали повсеместно применяться жидкометаллические насосы для охладителей, в металлургической промышленности стали широко использоваться электромагнитные перемешиватели металлов и устройства для транспортировки расплавленных металлов и их дозирование при непрерывной разливке. Интенсивные работы в области управляемой термоядерной энергии выявили тот факт, что удержание горячей плазмы вдали от стенок может быть реализовано только магнитогидродинамическим способом. Развитие космической техники и ракетостроения выявили возможности электромагнитного ускорения ракетного топлива для увеличения удельного импульса ракеты. Для тепловой защиты спускаемых аппаратов появились возможности электромагнитного воздействия на плазму впереди аппарата.

Наконец, как уже упоминалось ранее, получила интенсивное развитие старая идея непосредственного получения электрической энергии из горячих ионизированных газовых потоков или холодной плазмы. МГД–генераторы позволяют существенно повысить тепловой КПД энергетических установок и использовать их и на космических кораблях. Другие практические применения МГД–устройств стимулировали дальнейший прогресс в науке и технике.

Возможные перспективы применения в будущем МГД–устройств трудно предугадать. Однако инженер–исследователь всегда должен помнить что применяемая в современных традиционных электромеханических устройствах электротехническая медь имеет электропроводность многократно превышающую электропроводность плазмы и жидких металлов. Поэтому МГД–установки должны использоваться там и только там, где жидкость не может быть заменена твердой медью или другими твердыми проводящими телами.

Теоретическим и прикладным вопросам магнитной гидродинамики посвящено огромное количество научных и популярных работ как в зарубежной, так и в отечественной литературе.

Магнитная гидродинамика объединяет в себе две сложные науки: электродинамику и гидродинамику (аэродинамику). Описание МГД–явлений неизбежно предполагает применение сложного математического аппарата. Для студентов электромеханических специальностей, изучающих в основном традиционные электромеханические устройства, корректное математическое описание МГД–явлений и устройств было бы неоправданно и связано с ненужными трудностями при их изучении.

Учитывая вышесказанное и тот факт, что данное пособие должно дать студентам электромеханикам только общие представления о магнитной гидродинамике как науке, основной упор сделан в нем на описание практических применений МГД–устройств и их технических характеристик.

Выдвигая на первый план физическую сторону описываемого явления, каждый настоящий инженер и ученый должны «чувствовать» описываемые процессы, так как хорошо известно, что слепое математическое описание по самой своей природе бесплодно! Без воображения и интуиции невозможно создать любое устройство, а тем более найти разумное теоретическое решение. Такой подход важен и потому, что в магнитной гидродинамике приходится иметь дело с пространственным распределением электромагнитной силы в жидких проводящих телах, которые не выдерживают касательных напряжений и деформируются легко и просто.