МГД-течение в магнитных полях

Энергия подводится к жидкости перед входом ее в канал от теплового или ядерного источника. Затем жидкость ускоряется в сопле и подводится к каналу МГД-генератора. Течение электропроводной жидкости в магнитном поле сопровождается индуцированием электрического поля, вектор напряженности которого перпендикулярен вектору индукции магнитного поля. При подключении к электродам канала внешней нагрузки по замкнутому контуру, включающему жидкость и нагрузку, протекает электрический ток. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем на жидкость действует тормозящая сила. Работа, совер- [c.255]

Пример расчета. В данном разделе приводятся результаты расчета течения и теплообмена в канале МГД-генератора большой мощности с учетом радиационных процессов. Рассмотрим течение в канале с заданными геометрией и распределением электрического к.п.д. при постоянной температуре стенки и фарадеевском способе нагружения. В качестве граничных условий задавались расход рабочего тела, поток энтальпии торможения на входе и давление торможения на выходе. Температура стенки полагалась равной 2000 К. Для сравнения были рассчитаны два варианта, в одном из которых стенка считалась абсолютно черной, а в другой — селективно отражающей. Во втором варианте использовалась спектральная степень черноты стенки, представленная на рис. 3. Изменение площади поперечного сечения канала по его длине представлено на рис. 4 кривой 1. Форма поперечного сечения — квадрат. При расчетах радиационных характеристик канал отождествляется с конусом. Угол раскрытия этого конуса выбирался из условия, чтобы распределение площади поперечного сечения по длине хорошо аппроксимировало кривую 1 на рис. 4. Кроме того, на рис. 4 показано принятое в расчетах распределение индукции В магнитного поля по длине канала (кривая 2). [c.231]

Заключение. Исследование торможения сверхзвукового потока магнитным полем токового витка и соленоида показало, что на интенсивность торможения и на потери полного давления в таком течении оказывают влияние геометрия магнитного поля наличие пограничных слоев конечной толщины на входе в магнитное поле образование каверн в невязком течении в результате МГД-взаимодействия отрыв ламинарного, а в некоторых случаях и турбулентного пограничного слоя уменьшение интегральной интенсивности МГД-взаимодействия, когда вблизи стенок образуются каверны с относительно малыми скоростями возбуждение специфических газодинамических скачков и волновых структур. [c.400]

Перейдем к выполненным в ЛАБОРАТОРИИ исследованиям МГД течений в каналах. Прежде всего, заметим, что система МГД уравнений значительно усложняется по сравнению с газодинамическими уравнениями и в ней появляются дополнительные безразмерные параметры параметр МГД взаимодействия 7V, равный отношению МГД силы к инерционным членам в уравнении импульсов параметр нагрузки iT, равный отношению разности потенциалов между электродами на противоположных стенках канала к электродвижущей силе, индуцируемой движением среды в магнитном поле магнитное число Рейнольдса Re , равное отношению индуцированного магнитного поля к внешнему приложенному полю параметр Холла /3, являющийся мерой анизотропии электропроводности. Все величины, входящие в указанные параметры, являются характерными. При течении среды в генераторном режиме в большинстве случаев 7V 1, iT < 1, Re < 1, [c.516]

Теоретический анализ МГД течений в 1950-б0-е гг. наталкивался на значительные трудности, и поэтому вначале исследование течений проводилось в одномерном приближении. Но такой подход оказался некорректным из-за наличия специфических пространственных МГД эффектов, связанных с неоднородностью магнитного поля, электрофизических свойств стенок канала и т.д. Поэтому столь значительный резонанс получила работа А.Б. Ватажина и С. А. Регирера ([13] и Глава 12.1), в которой впервые были развиты приближенные методы расчета пространственных МГД эффектов в каналах, основанные на задании гидродинамических полей и переходе к уравнениям эллиптического типа для расчета электрических полей. Развита процедура осреднения, позволяющая получать двумерные формулировки задач. В дальнейшем предложенный метод широко использовался во многих исследовательских организациях при проектировании и анализе работы энергетических МГД устройств. [c.517]

Исследование МГД-течений в каналах представляет интерес не только в связи с задачами чисто прикладного характера, но и с точки зрения изучения некоторых общих закономерностей влияния электромагнитного поля -на движение электропроводящей среды (влияние магнитного поля на структуру турбулентности и на течение в пограничных слоях, закономерности распространения возмущений, влияние электромагнитного поля на устойчивость течения и т. д.). Для всех этих вопросов МГД-течения в каналах являются не только удобной моделью теоретического исследования, но и средством их экспериментального изучения. [c.441]

В прикладных задачах, связанных с разработкой и исследованием некоторых схем МГД-генераторов, приходится встречаться с течениями электропроводного газа в соплах в магнитном поле. При этом весьма существенно иметь представление о структуре течения в до-, транс- и сверхзвуковой областях сопла. [c.207]

Естественно, что мощность линейного МГД-генератора ограничивается длиной, на которой происходит взаимодействие ионизированного газа с магнитным полем. Один из способов увеличения длины взаимодействия — использование спирального вихревого течения газа в поперечном магнитном поле. [c.459]

При течении электропроводящей жидкости или ионизованного газа по каналу, находящемуся в поперечном магнитном поле, в газе возникает индуцированный электрический ток, который может быть выведен с помощью электродов наружу, Таким образом, поток электропроводящей газа жидкости или газа при наличии магнитного поля может служить генератором электрической энергии подобные генераторы называют магни-то-гидродинамическими или сокращенно МГД-генераторами (рис. 7-24). [c.301]

Магнитная гидродинамика (МГД) изучает течения электропроводной сплошной среды при наличии магнитного поля. К классу электропроводных жидкостей относятся жидкие металлы, электролиты, плазма и расплавленные соли некоторых металлов. Далее рассматриваются элементы МГД применительно к жидким металлам, которые являются перспективными теплоносителями или рабочими телами в атомной и термоядерной энергетике, металлургии, химических и других технологиях. [c.52]

Различают классические конфигурации МГД-течений (рис. 1.46) течения в продольном, поперечном и компланарном магнитных полях [8, [c.54]

Рассматривается гидродинамически стабилизированное МГД-течение, т е. течение на участке канала, расположенном на достаточном удалении от входа в канал и в область однородного магнитного поля. [c.54]

Обнаружены необычные эффекты уменьшение (при некоторых фиксированных значениях параметра МГД-взаимодействия) торможения сверхзвукового потока при переходе от использования модели невязкого газа к модели вязкого течения в рамках полной системы уравнений Навье-Стокса уменьшение торможения сверхзвукового вязкого ламинарного потока при увеличении параметра взаимодействия. Эти и другие обнаруженные в работе эффекты требуют углубленного анализа МГД-способа торможения потока специального профилирования канала и магнитного поля, объединения газодинамических и магнитогазодинамических методов торможения потока. [c.400]

Если жидкость является электропроводной (жидкий металл, электролит, плазма), то на ее течение существенное влияние оказывает магнитное поле. Это влияние обусловлено магнитогидродинамическим взаимодействием магнитного поля и электрических токов, индуцируемых в движущейся жидкости. МГД-механизм, естественно, воздействует и на конвективное течение проводящей жидкости, а также на его устойчивость. Наличие внешнего магнитного поля приводит, в общем, к стабилизации течения. [c.118]

В последнее время значительный прогресс достигнут в исследовании устойчивости замкнутого пограничного слоя, возникающего в полости при боковом подогреве (см. 32). В появившихся работах [16, 17] решается в строгой постановке задача устойчивости течения в квадратной области, подогреваемой сбоку. В [16] горизонтальные границы предполагаются теплопроводными расчеты проведены для Рг = 0,7 в [17] рассматриваются случаи обеих теплопроводных и обеих теплоизолированных границ (расчеты проведены во всей области изменения Рг). В обеих работах численно (в [16] методом конечных элементов, в [17] - методом Галеркина) решались уравнения основного стационарного течения и уравнения малых возмущений. Такой подход позволяет определить критическое число Грасгофа и форму критических возмущений. Потеря устойчивости связана с бифуркацией Хоп-фа и проявляется физически в возникновении волн, распространяющихся вдоль замкнутого пограничного слоя. В [17] показано, что изменение числа Прандтля сопровождается последовательными сменами критических мод со скачкообразными изменениями фазовых скоростей волн. В [16] обнаружено несколько уровней спект ра неустойчивости, что автор связывает с явлением резонанса волн в пограничном слое и внутренних волн в устойчиво стратифицированном ядре. Теоретические значения критического числа удовлетворительно согласуются с экспериментом [VI. 81] Аналогичный поход реализован в [81] для случая проводящей жидкости (жидкий металл Рг = 0,02) при наличии вертикального или горизонтального внешнего магнитного поля. МГД-воздействие приводит к сильной стабилизации основного течения. [c.290]

Модели течения в генераторных и ускорительных МГД каналах пространственные эффекты МГД пограничный слой и его отрыв численное моделирование ламинарных, переходных и турбулентных МГД течений подавление турбулентности торможение гипер-звуковых течений магнитным полем нестационарные течения плазмы в сильном электромагнитном поле. [c.9]

Результаты расчетов. Расчеты МГД-течения проводились в области —6<ж<5.5,0< <1 (далее переменные безразмерные). Пограничный слой в начальном сечении х = —6 определялся численным решением уравнений Навье-Стокса при В = О в области — 12<ж<—6. В сечении ж = —12 поток предполагался однородным. Распределения магнитного поля Ь х) = В х)/В и потенциалов (f- x) и (х) на нижней и верхней стенках канала соответственно показаны на рис. 1. [c.581]

Характер воздействия магнитного поля на течение электропроводной жидкости зависит от ряда существенных факторов, среди которых значение и взаимная ориентация векторов ипВ форма и геометрические размеры канала режимы течения жидкости относительная электрическая проводимость стенки высота и форма элементов шероховатости наличие в гидродинамических трактах сужений, расширений, поворотов, уступов и других особенностей геометрии МГД-течений условия на входе потока в магнитное поле и на выходе из него неизотермичность течения и как следствие свободная термогравитационная конвекция. [c.54]

Эффект подавления турбулентности, приводящий к снижению гидравлического сопротивления, проявляется при сравнительно небольших числах На, а эффект Г артмана преобладает при больших числах На, когда турбулентность уже практически подавлена (рис. 1.50). Следовательно, вклад эффекта Г артмана в гидравлическое сопротивление при турбулентном течении практически такой же, как в случае ламинарного течения, и описывается уравнением (1.104). Вместе с тем МГД-турбу-лентная составляющая коэффициента сопротивления зависит от Ha/Re качественно так же, как в продольном магнитном поле (см. рис. 1.48), хотя количественно ламинаризующее воздействие магнитного поля во много раз сильнее. Согласно рекомендациям [22] коэффициент гидравлического сопротивления при турбулентном МГД-течении в плоском канале в поперечном магнитном поле определяется выражением [c.57]

Общее замечание о гиперзвуковом МГД-течении в каналах. Одной из целей любого способа торможения гиперзвукового потока является, по возможности, достаточно высокое увеличение статического давления при минимальных потерях полного давления. Для того чтобы получить количественное представление об этих противоречивых требованиях, рассмотрим простейгпее одномерное течение изотропно проводящего газа при отсутствии трения и тепловых потоков в канале постоянного сечения и при наличии ортогональных заданных электрического и магнитного полей [c.391]

Важной вехой развития методов расчета МГД пограничных слоев в 1960-70-х гг. явилось использование вместо алгебраических замыкающих моделей турбулентности дифференциальных моделей, учитывающих диссипацию энергии турбулентности в магнитном поле. Одной из первых работ этого направления стала статья Г. Р. Алавидзе и А.Б. Ватажина [24], где для анализа турбулентных МГД течений [c.518]

Постановка задачи. Уравнения. Рассмотрим стационарное МГД-течение в канале, когда рабочая компонента внегпнего магнитного поля В (ж, г) нормальна плоскости течения (ж, у). Поле В создается расположенной вне канала магнитной системой и имеет также [c.575]

Вместо однофазного течения ионизированного газа в МГД-генераторе будет создаваться пульсируюгций режим с периодически возникающими плазменными сгустками (Т-слоями), имеющими температуру (10ч-12)-10 К. В процессе прохождения Т-слоя через канал с поперечным магнитным полем 2 —3 Тл при давлении рабочего тела 2,9 —4,9 МПа генерируется токовый импульс. Такая схема позволяет получить переменный элеглри-ческий ток. [c.400]

Задача о торможении сверхзвукового и гиперзвукового потоков магнитным полем в каналах газодинамических и энергетических установок вновь стала актуальной для магнитной газодинамики. Помимо общего теоретического интереса это во многом связано с разработкой новых схем воздушно-космических самолетов. Существенно, что авторы многих таких проектов а priori считают МГД-способ торможения перспективным, что, по нашему мнению, далеко не столь очевидно. Для сопоставления МГД-способа управления потоком с известными газодинамическими методами необходимы более подробные сведения о структуре МГД-течения, данные о необратимых потерях в таких [c.386]

Здесь V, j, В — векторы газодинамической скорости, плотности электрического тока, внешнего магнитного поля, сг и — электропроводность среды и электрический потенциал. При записи первого соотношения в (1.2) предположено, что в области газодинамического течения отсутствуют токи, создаюндие внешнее магнитное поле. Выражения для объемной плотности МГД-силы i и для электрической монднос-ти подводимой к единице объема, имеют вид [c.387]

К настоящему времени анализ устойчивости конечно-амплитудных валов выполнен еще для целого ряда модификаций задачи. Назовем, в частности, конвекцию в наклонном слое [72], в слое с движущимися границами [73], МГД-конвекцию при наличии вертикального [74] и горизонтального [75 магнитного поля, конвективную фильтрацию в пористой среде [76] отметим также исследование устойчивости конвективных течений в ячейке Хеле - Шоу [77]. [c.269]

В обсуждавпшхся моделях формирования космических струп в качестве источника движения и параллельности струй назывались вращение вещества диска аккреции и магнитное поле. Но существующие данные не находятся в согласии с предположением о быстро вращающихся дисках. Оценки магнитного поля в галактических струях дают величину порядка 10 —10" Гс [158]. Такое поле не может заметно влиять на импульс струи, хотя может, напротив, порождаться течением за счет турбулентного МГД-дина-моэффекта [27]. Влияние магнитного поля па течение сказывается посредством другого механизма. В отсутствие магнитного поля длина свободного пробега в галактических струях оценивается величиной порядка и больше радиуса струи, по благодаря наличию магнитного поля длина свободного пробега из-за ларморовского эффекта уменьшается и применимо гидродинамическое приблия ение [158]. Характерные числа Рейнольдса для галактических струй имеют порядок 10 —W. [c.142]

Привлекательность использования МГД эффектов для управления газодинамическим течением связана с возможностью целенаправленно изменять величину и направление МГД силы воздействием на поток магнитного и электрического полей. Однако при этом происходит перестройка всего течения, возникают зоны с большим положительным градиентом давления на стенках канала и отрыв пограничного слоя. Поэтому в 1960-70-х гг. исследование МГД пограничных слоев стало актуальной задачей. В ЛАБОРАТОРИИ получены основополагающие результаты в указанном направлении. А. Б. Ватажиным ([21 и Глава 12.2) рассмотрено течение в плоском диффузоре при наличии магнитного поля, создаваемого током, протекающим в вершине диффузора перпендикулярно плоскости течения. Диффузорное течение несжимаемой жидкости характеризуется наличием положительного градиента давления, приводящего при достаточно больших числах Рейнольдса или углах раскрытия диффузора к возникновению обратного гидродинамического течения. Магнитное поле позволяет предотвращать развитие таких течений. [c.518]

Важным результатом явилось определение А.Б. Ватажиным параметров отрыва МГД пограничного слоя, осуществленное обобщением на МГД течения гипотезы о том, что на поток в произвольном сечении пограничного слоя (в том числе, сечении его отрыва) оказывает влияние лишь ближайшая к этому сечению окрестность (см. Главу 2.2). В 22] и в Главе 12.3 получен параметр отрыва пограничного слоя при наличии только магнитного поля, приводящего к более раннему отзыву потока. Пограничный слой сжимаемого газа при наличии теплообмена, одновременного воздействия на поток магнитного и электрического полей и при учете эффекта быстрого изменения проводимости газа вблизи холодной стенки рассмотрен А. Б. Ватажиным и А. В. Готовцевым [23]. Показано, что наложением на течение электрического и магнитного полей необходимой ориентации можно целенаправленно изменять параметр отрыва пограничного слоя. [c.518]

Классическим направлением магнитной гидродинамики в 1950-70-х гг. было исследование подавления турбулентности продольным магнитным полем. Теоретическое моделирование этого эффекта до сих пор до конца не изучено. Поэтому наиболее сложные - переходные (от ламинарного к турбулентному) режимы течения в первых теоретических и численных исследованиях, как правило, не рассмат-эивались. В работе Е. К. Холщевниковой ([26] и Глава 12.5), с привлечением уравнения для турбулентной вязкости, впервые осуществлено численное моделирование развитого течения в трубах в осевом магнитном поле во всем диапазоне чисел Рейнольдса (от ламинарного до турбулентного режимов). Была предложена нелинейная математическая модель развития возмущений в круглых трубах, которая, в зависимости от начальной интенсивности возмущений и от числа Рейнольдса, переводит течение либо в ламинарный, либо в турбулентный режим. Развитые в ЛАБОРАТОРИИ теоретические и численные методы анализа МГД пограничных слоев широко использовались в ИВТ АП СССР и в филиале Института атомной энергии [27. [c.519]

В самое последнее время идеи и методы магнитной газовой динамики, развитые в 50-70-е гг., вновь оказались востребованными в связи с развитием гиперзвуковых технологий. В ряде проектов воздушнокосмических систем (ВКС) предполагается использовать магнитные поля для торможения гиперзвуковых потоков газа и управления течением в элементах ВКС. Однако вопросам возникновения дополнительных необратимых потерь при использовании МГД методов не уделялось достаточного внимания. Поэтому принципиальной оказалась работа А.Б. Ватажина, О. В. Гуськова и В. И. Копченова ([28] и Глава 12.6), в которой определены потери полного давления при торможении гиперзвукового потока в режиме генерирования электроэнергии. Анализ проведен на основе полной системы уравнений Павье-Стокса для ламинарного и турбулентного режимов течения и эллиптического уравнения для электрического потенциала при 7 1, < 1, Ее = О, /3 1. Показано, что потери полного давления в потоке растут много быстрее степени компрессии газа. Обнаружена неединственность численных решений (симметричные и несимметричные реализации), что, по всей видимости, связано с неустойчивостью симметричных течений по отношению к несимметричным возмущениям. [c.519]

А. Б. Ватажиным, О. В. Гуськовым и В. И. Копченовым проанализирована также возможность МГД управления течением в гиперзвуковых нерегулируемых воздухозаборниках [29,30]. С помощью магнитного поля оказалось возможным изменять положение в тракте воз- [c.519]

Сформулирована задача о расчете турбулентного магнитогидродинамического (МГД) пограничного слоя в каналах высокотемпературных МГД-устройств с помощью замыкающего дифференциального уравнения для турбулентной вязкости. Показано, что в первом приближении оно сохраняет такой же вид, как в обычной газовой динамике, а влияние магнитного поля на характеристики пограничного слоя проявляется через МГД-силовые и тепловые источники, учитываемые в осредненных уравнениях движения и энергии. Предложена приближенная модель учета джоулева тепловыделения вблизи холодной электродной стенки канала. Проведены расчеты МГД-пограничных слоев для двух режимов при постоянной скорости внепЕнего потока и при постоянном давлении. При достаточно больпЕих электрических токах пограничный слой в первом случае характеризуется увеличением числа Стантона на электродной стенке и коэффициента трения на изоляционной стенке. Во втором случае происходит отрыв пограничного слоя на электроде, а на изоляционной стенке течение безотрывно практически при произвольном торможении внепЕнего потока. [c.551]

Работа посвящена исследованию сверх- и гиперзвуковых двумерных течений вязкого газа в каналах в присутствии нормального к плоскости течения магнитного поля в режиме МГД-генератора. Ранее такие исследования проводились только в случае дозвукового или умеренного сверхзвукового режимов движения проводящей среды. Первые исследования были выполнены в одномерной постановке (см. [1]), затем с использованием двумерных уравнений Эйлера [1, 2], и только в последнее время стали учитываться эффекты вязкости в рамках уравнений Павье-Стокса [3, 4]. Однако ряд новых технических приложений потребовал существенного распЕирения диапазона чисел Маха, что в свою очередь вызвало необходимость учета эффектов вязко-невязкого взаимодействия и возникающих при торможении магнитным полем необратимых газодинамических потерь. В [5] получены новые результаты по торможению сверхзвукового потока осесимметричным магнитным полем в круглой трубе. Они обобщили данные невязкого исследования [2] на случай ламинарного и турбулентного течения. [c.575]

Пиже ставились следующие задачи формулировка общей физической и математической модели двумерных гиперзвуковых течений в нормальном магнитном поле с учетом вязкости и турбулентности, определение характеристик торможения сверхзвукового потока и необратимых потерь, демонстрация неединственности рептений уравнений рассматриваемого класса в изучаемой постановке, получение обобщенной квазиодномерной модели для электрических величин и сопоставление полученных на ее основе результатов с данными численного рептения полной системы МГД-уравнений. [c.575]

Оказывается, что можно ввести некоторую величину, характеризующую интенсивность волны, и через нее явным образом выразить все параметры за волной и ее скорость. Возможность такого разрешения условий на ударных волнах позволила провести их полное исследование ). Однако при расчете течений обычно неудобно пользоваться параметром, определяющим интенсивность волны (зависяпщм от комбинации перепада давлений и магнитных полей). Удобнее, как и в обычной газодинамике, иметь возможность определять параметры потока за волной по параметрам до волны и одному из параметров за волной, например, по углу поворота потока, т. е. необходимо иметь ударные поляры. Такие поляры построены как в плоскости годографа скорости, так и в плоскости годографа магнитного поля (М. Н. Коган, 1959, 1960, 1962). Интересно отметить, что в МГД ударные волны могут существовать при дозвуковых скоростях. При этом повороту потока на положительный угол соответствуют ударные волны, наклоненные вверх по потоку. Отметим также, что в отличие от обычной газодинамики в МГД ударные волны могут возникать на выпуклых углах и в ударных волнах может увеличиваться скорость потока (М. Н. Коган, [c.437]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...