Магнитная гидродинамика
-
История и развитие МГД
- МГД была разработана Ханнесом Альфвеном в 1942 году.
- Альфвен получил Нобелевскую премию по физике за свои исследования в 1970 году.
-
Основные уравнения МГД
- Движение жидкости описывается через плотность тока и скорость центра масс.
- Уравнения включают уравнение неразрывности, движения, состояния, Ампера, Фарадея и Ома.
-
Идеальный МГД
- В идеальном МГД резистивный элемент в законе Ома мал, что позволяет пренебречь им.
- Идеальные процессы не генерируют тепло и не повышают энтропию.
- Теорема о замороженном потоке утверждает, что жидкость и магнитное поле движутся вместе.
-
Применимость идеального МГД к плазме
- Идеальный МГД применим только при определенных условиях, таких как короткие временные рамки столкновений и малое удельное сопротивление.
- Удельное сопротивление важно, так как оно может привести к магнитной диффузии и магнитному пересоединению.
-
Важность удельного сопротивления
- Удельное сопротивление может быть значительным в системах с высокой проводимостью.
- Магнитное пересоединение может привести к высвобождению энергии и выделению тепла.
-
Резистивная МГД
- Используется для моделирования удельного сопротивления при столкновениях
- Включает дополнительный член закона Ома
- Компьютерное МГД-моделирование всегда резистивно
-
Структуры в МГД-системах
- Электрический ток сжимается в тонкие ленты (токовые пластины)
- Магнитные домены разделяют жидкость на слаботочные области
-
Волны в МГД-системах
- МГД-волны: Альфвен машет рукой, медленные и быстрые магнитозвуковые волны
- Фазовые скорости зависят от угла между волновым вектором и магнитным полем
- МГД-колебания затухают при конечной проводимости или вязкости
-
Ограничения и кинетические эффекты
- МГД зависит от максвелловского распределения частиц
- Кинетические эффекты важны для термоядерного синтеза и космической плазмы
-
Приложения в геофизике
- МГД используется для моделирования геомагнитного динамо
- Моделирование предсказывает изменения магнитного поля Земли
-
Приложения в сейсмологии
- Сверхнизкочастотная активность (ULF) может предшествовать землетрясениям
- Исследования продолжаются для создания системы раннего предупреждения
-
Приложения в космической физике
- МГД моделирует явления в магнитосфере Земли
- Прогнозирование космической погоды важно для защиты спутников
-
Астрофизика
- МГД применяется для описания звезд, межпланетной среды и реактивных двигателей
- Солнечные пятна и ветер управляются МГД
- Магнитогидродинамические эффекты объясняют формирование Солнца
-
Термоядерный синтез с магнитным удержанием
- МГД описывает равновесие плазмы в токамаках
- Теория МГД-стабильности определяет эксплуатационные пределы токамаков
-
Датчики и инженерное искусство
- Магнитогидродинамические датчики используются в инерциальных навигационных системах
- МГД связан с удержанием плазмы, охлаждением ядерных реакторов и электромагнитным литьем
- МГД-движитель использует электрические и магнитные поля для движения судов
-
Разработка подводной лодки с МГД-приводом
- Уэй поручил студентам разработать подводную лодку с новой двигательной установкой
- Японский фонд построил экспериментальную лодку «Ямато-1» с МГД-приводом в 1990-х годах
-
МГД-генерация электроэнергии
- МГД-генерация на газообразном топливе показала потенциал для эффективного преобразования энергии
- Технические трудности привели к непомерным затратам
-
МГД в микрофлюидике
- МГД изучается как жидкостный насос для создания непрерывного потока в микроканалах
-
МГД в металлургии
- МГД может использоваться для устранения нестабильностей и контроля потока в процессе непрерывной разливки металлов
-
Моделирование промышленных МГД-проблем
- Программное обеспечение EOF-Library используется для моделирования МГД-технологий
- Примеры моделирования включают электромагнитное левитационное плавление и перемешивание жидкого металла
-
Магнитное нацеливание на лекарственные средства
- Разработка методов точной доставки лекарств в пораженные районы
- Использование магнитных частиц для связывания лекарств и направления их к цели
-
Уравнения магнитной гидродинамики
- Используются для изучения взаимодействия между частицами магнитной жидкости и внешним магнитным полем
-
Дополнительные ресурсы
- Список учебников по электромагнетизму
- Дальнейшее чтение