Elektromagnetiline hüdrodünaamika (EMHD)
Michael Faraday oli noor ja õnnelik. Alles hiljuti jättis ta raamatuköitjad maha ja sukeldus füüsilistesse katsetesse ja kui kummalistesse ta neid leidis.
Saabus uus aasta 1821. Perekond ootas külalisi. Armastav naine küpsetas selleks puhuks õunakoogi. Peamine "maius", mille Faraday endale valmistas - tass elavhõbedat. Hõbedane vedelik liikus naljakalt, kui selle lähedale magnetit liigutati. Statsionaarne magnet ei oma mõju. Külalised jäid rahule. Tundus, et magnetile lähenedes ilmus elavhõbeda sisse midagi "lihtsalt". Mida?
Palju hiljem, 1838. aastal, kirjeldas Faraday sarnast vedeliku, kuid mitte elavhõbeda, vaid hästi puhastatud õli liikumist, millesse kasteti voltasamba juhtme ots. Õlivoogude keerlevad keerised olid selgelt näha.
Lõpuks viis teadlane veel viie aasta pärast läbi kuulsa Waterloo silla eksperimendi, kukutades tundliku seadmega ühendatud kaks juhet Thamesi jõkke. Ta tahtis tuvastada pingeid, mis tulenevad vee liikumisest Maa magnetväljas.Katse ei õnnestunud, sest teised, mis olid oma olemuselt puhtalt keemilised, summutasid oodatud efekti.
Kuid hiljem tekkis nendest katsetest üks huvitavamaid füüsikavaldkondi - elektromagnetiline hüdrodünaamika (EMHD) – teadus elektromagnetvälja vastasmõjust vedelik-vedelik keskkonnaga… Selles on ühendatud klassikaline elektrodünaamika (peaaegu kõik Faraday särava järgija J. Maxwelli loodud) ning L. Euleri ja D. Stokesi hüdrodünaamika.
EMHD areng oli algselt aeglane ja sajand pärast Faradayt ei toimunud selles valdkonnas eriti olulisi arenguid. Teoreetilised õpingud lõpetati peamiselt alles selle sajandi keskpaigas. Ja peagi algas Faraday avastatud efekti praktiline kasutamine.
Selgus, et kui kõrge juhtivusega vedelik (sula soolad, vedelad metallid) liigub elektromagnetväljas, tekib sellesse elektrivool (magnetohüdrodünaamika — MHD). Ka halvasti juhtivad vedelikud (õli, vedelgaas) «reageeruvad» elektromagnetilisele efektile elektrilaengute ilmnemisega (elektrohüdrodünaamika – EHD).
Ilmselgelt saab sellist interaktsiooni kasutada ka vedela keskkonna voolukiiruse reguleerimiseks, muutes välja parameetreid. Kuid mainitud vedelikud on olulisemate tehnoloogiate põhiobjektiks: mustade ja värviliste metallide metallurgia, valukoda, nafta rafineerimine.
EMHD kasutamise praktilised tulemused tehnoloogilistes protsessides
EMHD on seotud inseneriprobleemidega, nagu plasma isoleerimine, vedelate metallide jahutamine tuumareaktorites ja elektromagnetiline valamine.
Elavhõbe on teadaolevalt mürgine. Kuid kuni viimase ajani, selle tootmise ajal, valati ja teisaldati see käsitsi.MHD pumbad kasutavad nüüd elavhõbeda pumpamiseks läbi absoluutselt suletud torujuhtme liikuvat magnetvälja. Tagatud on ohutu tootmine ja kõrgeim metallipuhtus, vähenevad tööjõu- ja energiakulud.
Välja on töötatud ja kasutusel EMDG-d kasutavad paigaldised, mis suutis sulametalli transportimisel käsitsitöö täielikult välistada – magnetodünaamilised pumbad ja paigaldised tagavad alumiiniumi ja värviliste metallide sulamite valamise automatiseerimise. Uus tehnoloogia muutis isegi valandite välimust, muutes need heledaks ja puhtaks.
EMDG tehaseid kasutatakse ka malmi ja terase tootmiseks. Seda protsessi on teadaolevalt eriti raske mehhaniseerida.
Tootmisse on võetud vedelmetalli granulaatorid, mis annavad ideaalse kuju ja võrdsete mõõtmetega kerad. Neid "kuule" kasutatakse laialdaselt värvilises metallurgias.
EHD pumbad töötati välja ja neid kasutati võimsate röntgentorude jahutamiseks, milles jahutusõli voolab intensiivselt toru katoodil kõrgepinge poolt tekitatud elektriväljas. EHD tehnoloogia on välja töötatud taimeõli töötlemiseks EHD düüsid on kasutusel ka automaatika- ja robootikaseadmetes.
Magnetohüdrodünaamilisi andureid kasutatakse nurkkiiruste täpseks mõõtmiseks inertsiaalsetes navigatsioonisüsteemides, näiteks kosmosetehnikas. Täpsus paraneb, kui anduri suurus suureneb. Andur talub karmides tingimustes.
MHD generaator või dünamo muudab soojuse või kineetilise energia otse elektriks. MHD generaatorid erinevad traditsioonilistest elektrigeneraatoritest selle poolest, et need võivad töötada kõrgel temperatuuril ilma liikuvate osadeta.Plasma MHD generaatori heitgaas on leek, mis on võimeline soojendama auruelektrijaama katlaid.
Magnetohüdrodünaamilise generaatori tööpõhimõte on peaaegu identne elektromehaanilise generaatori tavapärase tööpõhimõttega. Nii nagu MHD-generaatori tavapärase EMF-i puhul, genereeritakse see juhtmes, mis ületab teatud kiirusega magnetvälja jooni. Kui aga tavaliste generaatorite liikuvad juhtmed on MHD-generaatoris valmistatud tahkest metallist, kujutavad need endast juhtiva vedeliku või gaasi (plasma) voolu.
Magnetohüdrodünaamilise üksuse U-25 mudel, Riiklik Polütehniline Muuseum (Moskva)
1986. aastal ehitati NSV Liidus esimene tööstuslik MHD generaatoriga elektrijaam, kuid 1989. aastal jäi projekt enne MHD käivitamist ära ja see elektrijaam liitus hiljem Ryazan GRES-iga tavapärase disainiga 7. jõuallikana.
Elektromagnetilise hüdrodünaamika praktiliste rakenduste loetelu tehnoloogilistes protsessides võib mitmekordistada. Loomulikult tekkisid need esmaklassilised masinad ja paigaldised EMHD teooria kõrge arengutaseme tõttu.
Dielektriliste vedelike vool — elektrohüdrodünaamika — on üks populaarsemaid teemasid erinevates rahvusvahelistes teadusajakirjades.