מערכות מגנטיות של מגנטיו-פלויד

המחקר של מערכות מגנטיות-fluid בוחן כיצד שדות מגנטיים אינטראקציה עם נוזלי ביצוע חשמלית, כגון מתכות נוזליות, פלזמה ואלקטרוליטים.אינטראקציות אלה נשלטות על ידי מגנטיודינמיקה (MHD), הממזגת עקרונות של דינמיקות נוזליות עם אלקטרומגנטיות. ב MHD, התנועה של ביצוע זרמי חשמל, אשר הופך את שדות מגנטיים שמשנים את זרימת ה-המתקפה מתקדמת או להפחתת יישומים גרעיניים.

מוליכים נוזלים להפגין התנהגויות נפרדות כאשר נתון שדות מגנטיים.לדוגמה, מתכות נוזליות כמו נתרן או גליום יש מוליכות חשמלית גבוהה ואת מולקולות נמוכה, המוביל אפקטים MHD חזקים. פלאסמס, נמצא כור היתוך והגדרות אסטרופיזיקה, הם גזים מונים, כאשר MHD שולט יציבות והובלת אנרגיה.

עקרונות מגנטיות

במרכזה של MHD הן שתי משוואות משותפות: משוואות Navier-Stokes לתנועה נוזלית, שונו עם תקופת הכוח של לורנץ (IRLT:0J × BirFLT:1), ומשוואות מקסוול של השדה האלקטרומגנטי (כמו גם מספר לורנץ פועל כח גוף שיכול להאיץ או למחוק את הנוזל בהתאם לנטיית השדה המגנטי והחומר המושרה למשוואה הנוכחית של ג'לומית (JFericial) כולל גם את האנרגיה הפנימית של חום (J2D).

תכונה מרכזית של זרימת MHD היא הקמת שכבות הגבול - באזורים הסמוכים לחומות שבו ⁇ מהירות הם תלולים עקב לחות מגנטית.שכבות אלה משפיעות על העברת חום על ידי שינוי דפוס עקבי.לדוגמה, בזרימת ערוצים עם שדה מגנטי transverse, פרופיל המהירות הופך שטוח יותר בליבת, צמצום ערבוב וכתוצאה מכך דיכוי חום התנהגות זו היא קריטית עבור מערכות קירור הדורשות התפלגות אחידה.

סוגים של שפעת התנהגות ב- MHD

(המתכות:0) מתכות קצרות (Liquid מתכות FLT:1) הן הנוזלים הנפוצים ביותר בהנדסת MHD בשל התנהגות תרמית גבוהה שלהם (>20 W/mK for נתרן) ומספרי Prandtl מגנטיים בינוניים.הם משמשים במערכות קירור עבור סדקים חשמליים ומפעלי פלסמה גבוהים (אך הם זקוקים לדלקת חום) ל-Doublemcrelimatesicials (מסוגים) ו-FLT2Falmas:

מכניזם של העברת חום ב- MHD Flows

העברת חום במערכות מגנטיות-השפעה נשלטת על ידי קונדוקציה, אך שדות מגנטיים יכולים לדכא או לשפר אותו בהתאם לתצורה.שני המנגנונים העיקריים הם FLT:0 מגנטי לחות FLT:1 של זעזועים קונוטטיביים ו-FLT:2 השניות של זרימה מגנטית של זרימה 3 בגלל הכוח לורנץ בשדות הומוגניים רבים, אך גם מעצימה מגנטית, היא מעצימה את הלחץ הפגום, אך ורקפת.

דמי הגנה מגנטיים של Convection

כאשר שדה מגנטי מוחל perpendicular לכיוון זרימה, הוא גורם זרמים חשמליים המייצרים כוח לורנץ נגד התנועה.זה מנקה eddies וייצוב את הזרם, לעתים קרובות מוביל משטר laminar אפילו במספרים גבוהים של ריינולדס. התוצאה היא צמצום במספר Nusselt (מתקני חום ללא לחץ) על ידי 20-60% בהשוואה לתופעות לא מגנטיות, כלומר ירידה של תאים בינוניים יותר מאשר שיעור קירור גבוה.

עם זאת, לחות מגנטית אינה תמיד אחידה.באזורים שבהם השדה המגנטי אינו חד-משמעי (למשל, ליד הקצוות של מגנט), כוח לורנץ יכול להניע זרמים משניים.השיפורים המקומיים האלה יכולים להגדיל את העברת החום באזורים מסוימים, המוביל לריאציות מרחביות. חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים באופן פעיל כיצד להתאים תבניות שדה מגנטיות להשגת התפלגות חום רצויה, למשל כדי למנוע כתמים חמים בשמיכות.

שיפור באמצעות מגנטי שדה

שדות מגנטיים שאינם חד-ממדיים יכולים לייצר תנועה טורקטית חזקה באמצעות אפקט "ההמהרה המגנטית" (Moderting) כאשר קיים ⁇ של צפיפות פלוקס מגנטית, כוח לורנץ ממריץ מומנט על הנוזל, יצירת מחזור גדול.טכניקה זו משמשת במתכת ליהוק כדי להשמיץ את הטמפרטורה והקומפוזיציה.עבור העברת חום, גירוי מגנטי יכול להעלות את מספר Nutssel על ידי גורמים של 2-44 טבעי כדי למזג אווירי מגנטים רק כדי לשפר את המקררים.

יישומים תעשייתיים של העברת חום מגנטית-פלויד

היכולת לשלוט באנרגיה תרמית באמצעות שדות מגנטיים הובילה לכמה יישומים בעלי השפעה גבוהה על פני אנרגיה, ייצור ואלקטרוניקה. 3 אזורים מרכזיים מתוארים להלן.

תגובה גרעינית Cooling

בשניהם, כורים וכורים, מתכות נוזליות (סוליום, אקלים מוביל-ליתיום, או tin) משמשים כקרירים בשל התנהגותם התרמית גבוהה וקליטת נויטרונים נמוכה.השדות המגנטיים החזקים הנמצאים בכורי היתוך (למשל, שדה ההנעה המגנטית בשדה טוקאמאק) עם שמיכה מתכת נוזלית, המשפיעים באופן משמעותי על הסרת חום.

תהליכים מתכתיים

הליהוק המתמשך של פלדה ואלומיניום ⁇ מסתמכ על שליטה בזרימת חום כדי למנוע פגמים.אלקטרומגנטיים מטבולית - הדבק שדה מגנטי perpendicular לזרם של מתכת מלוטנת - מדגימה את ההפרעה ומצמצמצמצמצמת את התערובת בין הנוזל לבין חזית ההנקה.1 גרם לירידה בפרופיל טמפרטורה אחידה יותר ומבנים דגנים דקים יותר.

מכשירים חשמליים וחשמל

ככל שמרכיבים אלקטרוניים מתכווץ ומערכי כוח עולים, קירור אוויר מסורתי הופך ללא די.מערכות קירור מגנטיות-שפעת באמצעות מתכות נוזליות (למשל, Galinstan, סגסוגת גליום-indium-tin) מציעים פתרון.מערכות אלה משתמשות במשאבי MHD (לא זז חלקי) כדי להפיץ את הגנרטור הקרנית באמצעות מיקרו-ערוצים.

אתגרים וגבול נוכחי

למרות עשרות שנים של מחקר, כמה אתגרים יסודיים נשארים בחיזוי ושליטה בהעברת חום במערכות מגנטיות-פלוד.אלה כוללים את האינטראקציה המורכבת בין זעזועים לבין שדות מגנטיים, קשיי מדידה במכות נוזליות, ואת הצורך מודלים חזקים עבור זרימת רב-phase (למשל, רתיחה עם שדות מגנטיים).

Turbulence and Magnetic Field Interaction

(MHD זעזועים היא תחום עשיר במחקר משום ששדות מגנטיים שוברים את האיזוטרופיה של טורחות מסורתית.אנרגיה העברה בין שינויים בקנה מידה, מבנים קוהרנטיים כגון "גלגלים מגנטיים" מופיעים, דיכוי של דיוני בקנה מידה קטן יכול להפחית את זרימת המשאבים החיצוניים, אבל כוח לורנץ יכול גם לייצר מבנים רחבים בקנה מידה גדול כי הם משפרים את התחבורה בכיוונים מסוימים: FROMD) הם עדיין מעורבים במיוחד, אבל הם משתמשים בדגמים מתקדמים (D) אבל הם, אבל הם, אבל הם, אבל הם, אבל הם, אבל הם, בעיקר, אבל הם, בעיקר, כמו מודלים מתקדמים, אבל הם, אבל הם, אבל הם, כמו מודלים מתקדמים, אבל הם, אבל הם, כמו מודלים מתקדמים, אבל הם, אבל הם, אבל הם, אבל הם, כמו מודלים מתקדמים, כמו מודלים מתקדמים, אבל הם, 000, אבל הם, הם, אבל הם, כמו מודלים מתקדמים, כמו מודלים מתקדמים, בעיקר, כמו מודלים מתקדמים, אבל, אבל, אבל, הם, הם, 000, אבל, הם, כמו מחקר סימולציה, אבל, הם, הם, אבל, הם, הם, הם, הם, הם, הם, הם, 000, הם, הם, אבל, 000,

טכניקות ניסיוניות למתכת נוזלית

מדידת הטמפרטורה והמהירות המקומיים בתוך מתכת נוזלית היא מאתגרת בשל אופיום ותגובתיות. ⁇ Doppler velocimetry ו- ללא מגע בדלקת זרימה בלתי נמנעת (CIFT) הן שתי שיטות מתפתחות המספקות שדות מהירות 3D ללא בדיקה.עבורת חום, thermocouples סרט דק ותרמוגרפיה על חלונות שקוף משמשים, אבל פתרון מרחבי הוא מוגבל חוקרים ב- HelmSolfed פתוח ניסויים אלה עם סגסוגת חום יעילה.

Multiphase MHD Heat Transfer

בולים מתחת לשדות מגנטיים מוסיף שכבה נוספת של מורכבות, כמו דינמיקה בועות אינטראקציה עם כוח לורנץ.בשמיכות כור היתוך, בועות הליום עשויים ליצור להשפיע על קירור. מחקרים ראשוניים מראים כי שדות מגנטיים יכולים לדכא בועות בועות, המוביל בועות גדולות יותר ולהפחית את העברת חום. . verse, עבור זרימת חד-phase עם חלקיקים מוצקים (למשל, חלקיקים מגנטיים), חלקיקים מגנטיים יכולים להגיב חלקיקים תרמיים עדיין להגיב כמו מגנטיים בטוח כדי לשלוט על פני השטח הזה.

כיוונים עתידיים ומכשולים פוטנציאליים

השילוב של חומרים חכמים, למידת מכונה, וייצור מתקדם הוא נועד להפוך את העברת חום מגנטיו-שפעתו מהנושא האקדמי הנישה לכלי הנדסה ⁇ .

בקרה מגנטית חכמה עם AI

התאמה בזמן אמת של שדות מגנטיים באמצעות משוב מטמפרטורה וחיישנים זרימה יכול לייעל את העברת החום תחת עומסים שונים. אלגוריתמי למידת מכונה יכול ללמוד את היחסים בין הגדרות שדה מגנטי וביצועים תרמיים, ואז להתאים באופן דינמי.לדוגמה, בלולאה קירור נוזלי-מטהמרכז נתונים, בקר AI יכול להתאים זרמי אלקטרומגנט כדי לאזן שרתים תוך צמצום כוח משאבה.

ייצור תוספת של MHD Components

הדפסה תלת מימדית מאפשרת ייצור של ערוצים מגניבים מורכבים ומגנטים משולבים שהיו בלתי אפשריים בעבר.לדוגמה, כיור חום עם מגנטים קובלט-פרטקס פנימי יכול ליצור שדה מגנטי ⁇ שיוצר את עצמו מפוספס דרך כוחות MHD, חיסול משאבות חיצוניות.זה יכול להוביל ל- 0.1 מערכות קירור פסיביות לחלוטין עבור חיישנים מרחוק או יישומים בחלל.

שילוב עם מערכות אנרגיה מתחדשת

העברת חום מגנטית-שפעת יכולה לשפר את היעילות של כוח סולארי מרוכז (CSP) צמחים.סוליום נוזלי כבר בשימוש כנוזל העברת חום בחלק מגדלי CSP; החל שדות מגנטיים יכול להפחית את ההפסדים החום דרך קירות המקלט ולשפר את החלפת החום עם נוזל העבודה. בדומה, באחסון אנרגיה תרמי באמצעות מלחים מלוטשים, MHD מעורר עלולה למנוע stratification וטעינה / חיובים תעריפים אלה עדיין יכול להאיץ את האימוץ מוקדם של טכנולוגיות.

מסקנה

שדות מגנטיים משפיעים עמוקות על העברת חום בנוזלים המוליכים חשמלית, המציעים הן דיכוי והן שיפור בהתאם ליישום.מכורים גרעיניים קירור אלקטרוניקה, מערכות מגנטיו-fluid לספק ניהול תרמי מדויק, נשלט על ידי שיטות קונבנציונליות, בעוד אתגרים במודל, מדידה, ורמת הסקאלה להישאר, מחקר מתמשך בהפרעות, זרימת multiphase, ובקרת חכמה מתקדמת בהתמדה את השדה.