Файл: Щукин, В. К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях электромагнитных массовых сил учебное пособие.pdf

В результате параболический профиль скоростей, характер­ ный для ламинарного течения. при больших значениях крите­

рия Hclпревращается в плоский,

ются специфичные профили скоростей. По мере увеличения индук­ ции внешнего магнитного поля профиль осевых скоростей стано­ вится все более заполненным, а затем превращается в M -об­ разный, при котором скорость потока вблизи стенок 2 = ɪ= ⅛ существенно превышает среднюю скорость потока. Величина мак­ симальной скорости вблизи стенок Z= ⅛ зависит от местополо­

16

она достигает в плоскости XZ и уменьшается по мере прибли­ жения к стенкам с ў = + I.

Величина максимальной скорости вблизи стенок Z =+ I су­ щественно зависит от электрической проводимости стенок трубы.

наблюдается в случае, когда эти стенки имеютυcτ~,∙ О ; при 3cτ→∙ o° этот эффект проявляется слабо.

На рис.4 показано распреде­ ление скоростей в плоскостях, параллельных плоскости XZ ,по­ строенное на основе теоретиче­ ских соотношений приб’є,.= 0 и идеально проводящих стенках,

ближе к теоретическим, полученным при G>cτ=o°, когда максимум

проводящими, то превышения скорости вблизи стенок у = + I по сравнению со скоростью в ядре потока не наблюдается.

При ламинарном течении проводящей жидкости в круглой тру­ бе поперечное магнитное поле также приводит к изменению про­ филя осевых скоростей. На рис.5 показано изменение профилей скорости в трубе с непроводящими стенками, рассчитанное с по­ мощью теоретических формул [3]. Как видно из рисунка, в пло­ скости диаметра, параллельного вектору индукции внешнего маг­ нитного поля (рис.5,о, ), наблюдается эффект уплощения профиля скорости, а в плоскости диаметра, перпендикулярного вектору индукции (рис.5,5 ), этот эффект не проявляется.

В турбулентном потоке проводящей жидкости магнитное поле уменьшает интенсивность турбулентности и изменяет профиль осе-

вых скоростей. На рис.6 показано изменение профиля осевых скоростей в плоском турбулентном потоке проводящей жидкости под действием поперечного магнитного поля. Зависимости рас­ считаны с помощью соотношений, полученных на основе полуэмпирической теории [3]. Ife рисунка видно, что, как и в ламинар­ ном потоке, пондеромоторные силы выравнивают распределение скоростей в поперечном сечении канала, и течение приближает­ ся к стержневому. Экспериментальные исследования полей ско­ ростей в плоском турбулентном потоке [4] при поперечном маг­ нитном поле подтверждают это заключение.

Рис.5. Распределение осевых скоростей в круглой трубе при поперечном магнитном поле и ламинарном течении:

<х - по диаметру, параллельному магнитному полю; 5 - по диаметру,перпендикулярному магнитному полю

Рассмотренные выше распределения скоростей при течении жидкости в присутствии поперечного магнитного поля устанавли­

ваются за участком гидродина­ мической стабилизации потока. Как показывают теоретические и экспериментальные исследо­

18

Кроме того, в турбулентном потоке магнитное поле ведет к уменьшению турбулентных пульсаций скорости, а иногда - к их полному уничтожению.

При входе в канал поток имеет равномерное по сечению рас­ пределение скоростей. Если магнитное поле начинает воздей­ ствовать на поток сразу же после входа жидкости в канал, то для стабилизации профиля скорости потребуется меньшая длина канала, чаи при отсутствии магнитного поля, так как уплощен­ ный под действием магнитного поля профиль ближе к равномерно­ му, чем к развитому профилю скоростей в ламинарном или турбу­ лентном потоке.

Теоретический анализ условий стабилизации профиля ско­

Стюарта и уменьшается при увеличении последнего. Результаты экспериментального исследования длины начального участка в плоском потоке (канал имел J3 = 9) при поперечном магнитном поле показаны на рис.7[3]. Как видно из рисунка, относитель­ ная длина начального участка существенно уменьшается при уве­ личении критерия N , но в общем случае она зависит не только

ческой форме.

§5. Режимы течения жидкости

Магнитное поле изменяет условия взаимного перехода лами­ нарного и турбулентного течений по двум причинам. Во-первых,

19