Файл: Щербинин Э.В. Струйные течения вязкой жидкости в магнитном поле.pdf

В создании МГД - устройств различного технологического на­ значения имеются к настоящему времени - ощутимые достижения .

в том, что жидкость «не желает» вести себя как твердое тело . Соответственно и успехи в создании крупных машин значительно скромнее.

Что касается термоядерного синтеза, то «колоссальный объем выполненных теоретических и экспериментальных исследований позволяет с известной долей осторожного оптимизма» [17] оце­ нивать его перспективы. То ж е можно сказать и о М Г Д - п р е о б - разовании энергии; об объеме выполненной здесь работы м о ж н о судить хотя бы по библиографии в несколько сот названий, при­ веденной в монографии [13] и посвященной лишь одной части проблемы — течению электропроводной среды в'рабочем к а н а л е преобразователя .

Отсюда становится понятным заметное снижение в последнее время интереса к магнитной гидродинамике в целом: по мере

махом, не могли не выйти за рамки первоначальной цели. П о ­

как, в лучшем случае, на непринципиальную деталь, которой можно пренебречь д л я достижения определенной технологичес­ кой цели. Соответственно и устройствам, основанным на особен­

потому, что изменением формы границ течения, использованием электрических или магнитных неоднородностей можно создать практически любую скоростную структуру и самые различные

ний, которые позволят внести принципиальные изменения в существующую в настоящее время технологию (если, разуме­ ется, в этом возникнет необходимость).

Первой работой, в которой было продемонстрировано, что магнитное поле может приводить к образованию неоднородной скоростной структуры и к дестабилизации течения, является, повидимому, работа Ленерта [20]. Ленерт показал, что если маг­ нитное поле ориентировать перпендикулярно дну цилиндричес­

цом . При больших значениях напряженности поля движущийся слой ртути сворачивается в вихревые кольца, т. е. течение в маг­ нитном поле дестабилизируется .

нолю, приводит к образованию М-образной скоростной струк­ туры, и вообще все случаи, когда имеются неоднородности в про­

«следа» с резкими поперечными изменениями параметров тече­

при входе или выходе потока из магнитного поля [23], воз­ никновение вихревого течения при прохождении через среду

Таких примеров можно привести множество, все они отно­ сятся к тому типу неоднородных течений в магнитной гидроди­ намике, для которого характерно образование неоднородностей самим магнитным полем. В настоящей книге приводятся наибо­ лее типичные ситуации, когда магнитное поле способствует орга­ низации неоднородных течений. Подчеркнем, однако, что опи­ санными в книге методами и упомянутыми видами течений да­ леко не исчерпываются возможности изучения и создания спе­ цифических скоростных структур с помощью магнитного поля. С а м а ж е возможность их создания составляет одну из важней -

ших особенностей магнитной гидродинамики, открывающую но­ вые перспективы для МГД - исследований .

Некоторые сферы применения явлений, связанных с возник­

тивных и простых по конструкции перемешивателей, в основу

потенциальных ям при внезапном изменении формы "границ те­ чения в сильном магнитном поле может послужить основой по­

ния или трубы с частично проводящими стенками можно исполь­

мер задачи о развитии струйных течений в магнитном поле. Ре ­

Рассмотрим для примера задачу регулирования расхода в гидравлической системе. Д л я эффективности процесса необхо­ димо соблюсти по крайней мере два условия: 1) сопротивление регулируемого участка д о л ж н о быть сравнимым с общим сопро­ тивлением гидравлической системы и 2) влияние поля на сопро­ тивление регулируемого участка д о л ж н о быть достаточно ощу­ тимым . Кроме того, регулируемый участок (соответственно и магнитная система) д о л ж е н быть как можно компактнее, чтобы помимо задачи регулирования расхода гидравлическая система могла выполнять свою основную функцию. Все эти условия вы­ полняются, как показывает опыт, если структура течения на ре-

гулируемом участке достаточно сложна . Примером может слу­ жить регулируемый участок в виде внезапного расширения или сужения (см. п р и л о ж е н и е ) .

К сказанному следует добавить, что однородностержневая гидравлическая модель принципиально непригодна для опреде­

гидродинамическим. С другой стороны, при таком расчете необ­

данные, в некоторых случаях интенсивность турбулентности в магнитном поле может достигать 40%, т а к что естественно воз­ никает вопрос и о влиянии столь высокотурбулизированного по­ тока на процессы тепло- и массопереноса.

Таким образом, круг вопросов магнитной гидродинамики не­ однородных течений достаточно обширен. Поэтому в р а м к а х од­ ной книги не было возможности детально рассмотреть все затро ­ нутые выше проблемы, тем более что д а л е к о не все из них к на­ стоящему времени достаточно хорошо изучены. Так, сюда не вошло рассмотрение вопросов, связанных с турбулентными магнитогидродинамическими струйными течениями, поскольку боль­ ш а я часть работ по турбулентным процессам в струях связыва ­ ется с продольным магнитным полем [30—37], а эта тема выходит за рамки книги. Что ж е касается поперечного магнитного поля, то в тех случаях, когда определяющими являются градиенты скоростей вдоль направления поля, исследование турбулентной струи представляет лишь отвлеченный интерес [36—40], так к а к экспериментальная проверка выводов теории весьма затрудни­ тельна. Как показывают опыты (см. главу V I I I ) , в условиях эксперимента струи с градиентом скоростей вдоль поля преоб­ разуются в струи с градиентом скоростей поперек поля: теоре­ тический ж е анализ не учитывает такой радикальной перестройки осредненной структуры течения. Некоторые экспериментальные сведения о турбулентных пульсациях в потоках с градиентом скорости поперек поля приводятся в главе. V I I .

Д л я того чтобы отделить понятие неоднородности скоростной структуры от характеризующих неоднородности других видов (электрических, магнитных и т. п.), в книге вместо этого термина употребляется термин «струя», или «струйное течение». П р и