23.3. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В КАНАЛАХ

Наложение магнитного поля на турбулентный поток проводящей жидкости приводит к гашению турбулентности и постепенному (по мере увеличения магнитного поля) переходу от турбулентного режима течения к ламинарному. С увеличением числа Рейнольдса точка перехода ламинарного режима течения в турбулентный смещается в сторону больших значений магнитного поля (см. рис. 23.2).

Продольное магнитное поле гасит турбулентные пульсации слабее, чем поперечное. В то же время продольное магнитное поле не влияет на ламинарный режим течения.

На рис. 23.7 (пунктирная линия) приведены полученные Глоубом значения критического числа , при котором ламинарное течение в продольном магнитном поле переходит в турбулентное в зависимости от числа Гартмана. Здесь — критическое значение числа Рейнольдса в отсутствие поля. Опыты проводились при течении ртути в стеклянных и алюминиевых трубках. Зависимость критического значения числа Рейнольдса, при котором происходит переход ламинарного течения в турбулентное в поперечном магнитном поле, от числа Гартмана показана на рис. 23.7, взятом из работы Г. Г. Брановера и

О. А. Лиелаусиса (сплошная линия). На рис. 23.8 приведены полученные Гартманом, Лазарусом, Г. Г. Брановером, О. А. Лиелаусисом и Мергетройдом значения коэффициента сопротивления — гидравлический радиус, — перепад давления на длине канала, w — средняя скорость) в зависимости от величины для течения ртути в поперечном магнитном поле.

Прямая линия на графике соответствует ламинарному режиму течения.

Рис. 23.7. Зависимость относительного критического числа Рейнольдса от числа На для поперечного и продольного магнитных полей

Рис. 23.8. Коэффициент сопротивления при течении ртути в поперечном магнитном поле

В области турбулентного течения магнитное поле по-разному влияет на коэффициент сопротивления в зависимости от значения числа При , где коэффициент сопротивления падает с ростом магнитного поля, при — возрастает. В области вполне удовлетворительна следующая эмпирическая формула:

    (23.3.1)

где — коэффициент гидравлического сопротивления, соответствующий данному при . Зависимость (23.3.1) справедлива только для гидравлически гладких стенок. В случае шероховатых; стенок влияние поля сказывается сильнее.

На рис. 23.9 приведены результаты расчета полного касательного напряжения, полученные Д. С. Ковнером, для установившегося плоскопараллельного течения проводящей жидкости в поперечном магнитном поле. Как видно, по мере увеличения числа На размер ламинаризованного ядра потока увеличивается.

Рис. 23.9. Распределение полного касательного напряжения в турбулентном потоке при различных числах Гартмана ; — полуширина канала)

Рис. 23.10. Влияние продольного магнитного поля на коэффициент трения при турбулентном движении ртути в трубе

На рис. 23.10 приведена полученная Глоубом зависимость коэффициента трения от числа Гартмана для различных значений числа Рейнольдса при турбулентном течении. Как видно, коэффициент турбулентного трения уменьшается с ростом числа Гартмана.