chap4磁流體力學之一-文庫吧

【正文】 ； 2－ 與電場和磁場垂直的方向漂移的物理原因是什么？ 2－ 初始時刻靜止在原點的質量為 m，電荷為 q的粒子受到穩定電場和穩定磁場： zy eBBeEE???? ?? ；的作用。試證明，當粒子的拉莫回旋速度等于漂移速度時，即： d?? ??該粒子將在 z=0平面上做下列擺線運動： ???????????)c o s1()s in(tBEyttBExLLLLL?????磁流體力學 磁流體力學 ? 在實際等離子體中， E和 B場是不能事先規定的，而應由帶電粒子本身的位置和運動來決定。必須考慮場與電荷粒子之間的自恰關系，也就是說，需要給出一個在一定邊界條件下的自恰方程組來揭示電荷粒子運動和場之間的關系。這是遠比單粒子軌道理論的情況復雜的。 單粒子軌道理論的缺陷 ? 引 言 ? 單粒子軌道理論完全忽略了帶電粒子之間的相互作用，顯然該模型只適用于稀薄等離子體，如空間等離子體。 29 ?對于極其稀薄的等離子體，粒子間的碰撞和集體效應可以忽略，可采用單粒子軌道理論研究等離子體在磁場中的運動。 ?對于密度比較大的等離子體，粒子間的碰撞起主要作用，通常把這種等離子體看成一種導電流體來處理。有兩種方法是常用的： ?一是統計力學方法，即所謂等離子體動力論，它從微觀出發，用統計方法研究等離子體在磁場中的宏觀運動； ?二是連續介質力學方法即磁流體力學，把等離子體當作連續介質來研究它在磁場中的運動。 等離子體的密度范圍很寬 30 流體力學簡介 ?研究流體（氣體和液體）宏觀運動和平衡，及其宏觀參量的變化規律 ?流體宏觀模型假說：由無數 流體元 連續地組成 ?流體元：微觀充分大、宏觀充分小的小塊流體 ?微觀大：比分子平均自由程大，能統計平均 ?宏觀小：與放置在流體中的實物比微不足道 ?連續：流體元連續無空隙地充滿空間 ?流體力學方法是統計理論的近似 31 空氣 水 32 33 34 35 36 37 38 39 定義 : 受任何微小剪切力作用都能連續變形的物體 . 通俗地說就是易流動的物體 . 它分兩種 :液體是指有自由表面的流體 ,而氣體是指沒有自由表面 ,可以充滿容納它的整個空間的流體 . 基本定義 概念與流體的基本特性 流體與固體不同 : 固體受到切應力會產生形變 , 粒子之間具有固定的相對位置 , 并滿足應力與應變之間的關系 . 但流體受到切應力即開始流動 . 且流體組元間的相對位置不固定 . 沙子不是流體的原因 : 沙子雖然有一定的流動性 ,但那是因為沙粒間不易支撐 , 如果選取很小的一部分出來 ,例如選一粒沙 ,它是固體 , 不會流動 .而流體要求不論選取多小的一點出來都有流動性 . 流體的基本性質 流體在靜止時不能承受切向應力，不管多小的切向應力，都會引起其中各流體元彼此間的相對位移，而且取消力的作用后，流體元之間并不恢復其原有位置。正是流體的這一基本特性使它能同剛體和彈性體區別開來。剛體和彈性體也是連續介質，但是剛體中質點之間的相互距離不論其上作用的外力如何將保持不變；而在彈性體中，當作用力在數值上達到某一界限時，系統中各點間的相互距離可以改變，但消除了力的作用之后，各點相互關系又恢復原有狀態。相反地，流體能夠有任意大的變形。因此流體在靜止時只有法應力而沒有切應力。流體的這個宏觀性質稱為易流動性。 易流動性 流體的基本性質 流體在靜止時雖不能承受切應力，但在運動時，對相鄰兩層流體間的相對運動即相對滑動速度是有抵抗的，這種抵抗力稱為粘性應力，流體所具有的這種抵抗兩層流體相對滑動的性質稱為粘性，粘性大小依賴于流體的性質，并顯著地隨溫度而變化。實驗表明，粘性應力的大小與粘性及相對速度成正比。 ２、粘性 42 44 除了粘性外，流體還有熱傳導及擴散等性質。 流體的宏觀性質，擴散，粘性，熱傳導等是分子輸運性質的統計平均。由于分子的不規則運動，在各層流體間將交換著質量，動量和能量，使不同流體層內的平均物理量均勻化，這種性質稱為分子運動的輸運性質。 ?質量輸運在宏觀上表現為 擴散現象 ， ?動量輸運表現為 粘性現象 ， ?能量輸運則表現為 熱傳導現象 。 流體的基本性質 流體質點的體積或密度在受到一定壓力或溫度差的條件下可以改變，這個性質稱為壓縮性。真實流體都是可以壓縮的。它的壓縮程度依賴子流體的性質及外界的條件。液體在通常的壓力或溫度下，壓縮性很小。因此在一般情形下液體可以近似地看成是不可壓縮的。 ３、壓縮性 46 流體的數學模型： (取微觀上充分大、宏觀上充分小的 流體元 ，稱為 流體質點 ；將流體運動的空間看作是流體質點連續無空隙地充滿著的假設稱為連續介質假設。 ) 流體元內部粒子的平均物理性質不受單個分子離散運動的影響，即微觀運動被完全平滑掉 ? 得到平滑的宏觀參數，密度 速度 溫度等 流體的數學模型： 等離子體的流體特性： 當等離子體的特征長度和時間遠大于等離子體的平均自由程和平均碰撞時間，此時，等離子體可以看成是處于局部熱平衡狀態，因此，等離子體可以像通常的流體力學那樣去描述。如可以定義：溫度、速度、壓強、密度等流體力學和熱力學參量。 把等離子體當作導電的流體來處理，導電流體除了具有一般流體的重力、壓強、粘滯力外，還有 電磁力 。當導電流體在磁場中運動時，流體內部感生的電流要產生附加的磁場，同時電流在磁場中流動導致的機械力又會改變流體的運動。因此，導電流體的運動比通常的流體復雜得多。 等離子體的電磁特性： 流體力學方程（包括電磁作用項）和麥克斯韋方程的聯立 描述方法： 磁流體力學 等離子體的特性： 易流動 粘性 壓縮性 等離子體的流體特性 等離子體的電磁特性 等離子體 電磁場 磁流體力學 結合經典 流體力學 和 電動力學 的方法研究 導電流體和磁場相互作用 的學科，包括磁流體靜力學和磁流體動力學兩個分支。磁流體靜力學研究導電流體在磁場力作用下靜平衡的問題；磁流體動力學研究導電流體與磁場相互作用的動力學或運動規律。但磁流體力學通常即指磁流體動力學，而磁流體靜力學被看作磁流體動力學的特殊情形。 磁流體力學 MagohydrodynamicsMHD 導電流體有 等離子體 和 液態金屬 . 概念 ?1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。他根據海水切割地球磁場產生電動勢的想法，測量泰晤士河兩岸間的電位差，希望測出流速，但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術差，未達到目的。 Briefly History _MHD 51 ?1937年哈特曼根據法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進行了定量實驗，并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學流動 (即哈特曼流動 )的理論計算方法。 ?1940～