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起重电磁铁磁流体力学的内容

2019-08-12

       研究起重电磁铁磁流体问题,首先是建立磁流体力学基本方程组,其次是用这个方程组来解决各种问题。磁流体力学主要用来研究解决的有:理想导电流体运动对磁场影响的问题;或流体静止时,流体电阻对磁场影响的问题,其中包括磁冻结和磁扩散。

       通过磁场力来考察磁场对静止导电流体或理想导电流体的约束机制。这个问题是磁流体静力学的研究范畴,对受控热核反应十分重要。磁流体静力学在天体物理中,例如在研究太阳黑子的平衡、日珥的支撑、星际间无作用力场等问题的解决中也很重要。

       研究磁场力对导电流体定常运动的影响。方程的非线性使磁流体动力学流动的数学分析复杂化,通常要用近似方法或数值法求解。它们虽然是简化情况的解,然而清晰地阐明了基本的流动规律,利用这些规律至少可以定性地讨论更复杂的磁流体动力学流动。

       研究磁流体动力学波,包括小扰动波、有限振幅波和激波。了解等离子体中波的传播规律,可以探测等离子体的某些性质。此外,激波理论在电磁激波管、天体物理和地球物理上都有重要的应用。

       等离子体的密度范围很宽。对于极其稀薄的等离子体,粒子间的碰撞和集体效应可以忽略,可采用单粒子轨道理论研究等离子体在磁场中的运动。对于稠密等离子体,粒子间的碰撞起主要作用,研究这种等离子体在磁场中的运动有两种方法。一是统计力学方法,即所谓等离子体动力论,它从微观出发,用统计方法研究等离子体在磁场中的宏观运动;二是连续介质力学方法即磁流体力学,把等离子体当作连续介质来研究它在磁场中的运动。

       磁流体力学是在非导电流体力学的基础上,研究导电流体中流场和磁场的相互作用。进行这种研究必须对经典流体力学加以修正,以便得到磁流体力学基本方程组。

       磁流体力学基本方程组具有非线性且包含方程个数又多,所以求解困难。但在实际问题中往往不需要求最一般形式的方程组的解,而只需求某一特殊问题的方程组的解。一般应用量纲分析和相似律求得表征一个物理问题的相似准数,并简化方程,即可得到有实用价值的解。

       磁流体力学相似准数有雷诺数、磁雷诺数、哈特曼数、马赫数、磁马赫数、磁力数、相互作用数等。求解简化后的方程组不外是分析法和数值法。利用计算机技术和计算流体力学方法可以求解较复杂的问题。

       磁流体力学的理论很难像普通流体力学理论那样得到充分的验证。由于在常温下可供选择的介质很少,同时需要很强的磁场才能观察到磁流体力学现象,故不易进行模拟。模拟天体大尺度的磁流体力知识题更不易在实验室中实现。所以磁流体力学的理论有的可以得到定量验证,有的只能得到定性或间接的验证。当前有关磁流体力学的实验是在各种等离子体发生器和受控热核反应装置中进行的。

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