هیدرودینامیک، مطالعه عملکرد و حرکت مکانیکی سیالات در حال حرکت می باشد. مگنتوهیدرودینامیک (MHD) نیز علم مطالعه خواص مغناطیسی سیالات رسانای الکتریکی میباشد. مگنتوهیدرودینامیک (MHD) اندرکنش بین فلزات مایع یا ذرات فرومغناطیس داخل جریان و میدان الکترومغناطیسی را در نظر میگیرد.
پلاسما (سیال یونیزه شده در میدان مغناطیسی)
یک پلاسما را می توان از نظر اجزای تشکیل دهنده آن تعریف کرد، با استفاده از معادلات برای توصیف رفتار الکترون ها، یون ها، ذرات خنثی و غیره. معمولاً راحت تر است که آن را به عنوان یک مایعات واحد درمان کنیم، حتی اگر از مایعات متفاوت باشد، که یونیزه نمی شوند به این دلیل که به شدت تحت تأثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی قرار دارند، که هر دو می توانند به پلاسما تحمیل شوند یا توسط پلاسما ایجاد شوند.
در مدل مگنتوهیدرودینامیک (MHD) معادلات ماکسول الکترودینامیکی با معادلات سیال ترکیب می شوند که شامل نیروهای لورنتز ناشی از میدان مغناطیسی نیز می شود.
شماتیکی از عبور سیال داغ (پلاسما) از محفظه کانال مغناطیسی
ترکیب بین میدان جریان سیال و میدان مغناطیسی بر اساس دو تاثیر اساسی قابل درک میباشد.
1. القای جریان الکتریکی به خاطر حرکت ماده رسانا در یک میدان مغناطیسی
2. تاثیر نیروی لورنتز که نتیجه اندرکنش میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی باشد.
الکترو هیدرودینامیک نیز که بنام دینامیک سیالات رسانای الکتریکی یا الکترودینامیک مدارهای الکتریکی نیز شناخته میشود.
ای.اچ.دی (EHD)
مطالعه پویایی سیالات باردار و رسانای الکتریکی میباشد.
و انواع مکانیزم های انتقال ذره و سیال زیر را پوشش میدهد:
- الکتروفورز
- الکتروکینزی
- دی الکتروفورز
- الکترواسموس
- الکتروروتیشن
ای.اچ.دی (EHD) یک حوزه تحقیقاتی بین رشته ای شامل الکترواستاتیکی (مطالعه بارهای الکتریکی و نیروهای بین آن ها در حالتی که بار چشمه بدون حرکت است یعنی باری که بر آن نیرو وارد می شود می تواند حرکت کند) پلاسمای غیر حرارتی (پلاسمایی که در تعادل ترمودینامیکی نیست)، یا به دلیل اینکه دمای ین از دمای الکترون متفاوت است یا توزیع سرعت گونه ها از توزیع ماکسول‐ بولتزمن پیروی نمی کند، بخشی از گاز یونیزه شده است که انرژی آن بیشتر در الکترونهای آزاد ذخیره میشود و دمای کلی کم است
(الکتروشیمی) شاخه ای از شیمی فیزیک و شیمی تجزیه است که به بررسی واکنش های شیمیایی می پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام می شوند یا انجام یافتن آن ها سبب ایجاد جریان الکتریکی شود. الکترومکانیک (رشته ای میان رشته ای و تلفیقی از مهندسی مکانیک و مهندسی الکترونیک) ذرات، انتقال حرارت و مکانیک سیالات می باشد.
از موارد استفاده تکنیکی ای.اچ.دی می توان به پیشرانش و پمپاژ در صنایع مختلف اشاره کرد.
به عنوان مثال ناسا امکان استفاده از ای.اچ.دی را در سیستم های پیشرانه الکتریکی مانند پیشرانه های ای.اچ.دی یا یونی را مورد بررسی قرار داده اند. ناسا برای این منظور پروژه ای را تحت عنوان پیشرانه تکاملی زنون ناسا (NEXT) راه اندازی کرده است. اخیرا محققان ام.آی.تی (MIT) دریافتند که باد یونی با پیشرانه ١١٠نیوتن بر کیلووات در هر کیلووات ۵۵ برابر یک موتور جت (با پیشرانه ٢نیوتن بر کیلووات) پیشرانه تولید می کند. از مزایای استفاده از سیستم پیشرانه باد یونی می توان راندمان بالا، عملیات بی صدا و نامریی در مادون قرمز را نام برد. همچنین در سال های اخیر علاقه رو به رشدی در استفاده از تکنیک ای.اچ.دی برای کنترل جریان با استفاده از فعال کننده های پلاسمای تخلیه سد دی الکتریک وجود دارد.
تخلیه سد دی الکتریک روشی نوین برای تولید پلاسما محسوب می شود که توجه صنعتگران را در زمینه های گوناگون به خود معطوف کرده است. در این روش، یک یا هر دو الکترود با یک ماده دی الکتریک پوشانده می شود. حضور دی الکتریک در بین الکترودها از ایجاد تخلیه قوسی جلوگیری می کند. در میان سیستم های مختلف، استفاده از سد تخلیه الکتریک صفحه به صفحه به دلیل ویژگیهایی که دارد، مرسوم تر شده است. بازدهی ین سیستم بیش از %٩٠ بوده و توانایی تولید پلاسماهای حجیم را دارد.
همراه این دستگاه ۵ جفت الکترود در ابعاد مختلف ارائه می شود تا بستری مناسب برای کاربردهای متنوع ایجاد شود. از طرفی امکان تنظیم مدت زمان پردازش باعث تسهیل کار و افزایش دقت می شود. با توجه به طراحی ساده و مناسب دستگاه، کاربر به راحتی می تواند از آن استفاده کرده و به مقصود خویش نائل آید.
باد یونی شکل1 (باد کرونال یا باد الکتریکی) نیز جریان هوای القا شده بوسیله نیروهای الکترواستاتیک مرتبط با تخلیه کرونا را توصیف می کند که در انتهای بعضی رساناهای الکتریکی تیز (مانند نقاط یا تیغه ها) بوقوع پیوسته و نسبت به زمین در معرض ولتاژ بالا قرار دارد. باد یونی یک پدیده الکترو هیدرودینامیک است.
از موارد استفاده باد یونی می توان تیغه های توربین بادی هوشمند با ماژول های حسگر‐محرک‐کنترل کننده یکپارچه را نام برد که برای بهبود عملکرد توربین های بادی طراحی شده اند.
علاوه بر این، تکنیک ای.اچ.دی آینده امید بخشی را برای یک ژنراتور بادی با توربین کوچک ابتکاری نشان می دهد. این توربین ها با هزینه تولید پایین تر و ظرفیت تولید بالاتر، پتانسیل تجاری شدن در مزارع بادی دور از ساحل را دارند. متخصصان آمریکایی روش تازه ای برای خنک کردن رایانه ها ابداع کرده اند که در این روش، به جای آنکه قطعات رایانه با جریان هوای حاصل از پنکه خنک شود، جریان هوای حاوی ذرات باردار باد یونی باعث خنک شدن قطعات رایانه می شود.
مشکلی که روش کنونی به وجود میآورد این است که جریان هوای حاصل از حرکت دورانی پنکه، مولکول هایی را که نزدیک به تراشه های رایانه اند به آنها می چسباند و این مولکول ها مانع از خنک شدن تراشه می شوند. در روش جدید، قطعه ای روی یک تراشه نصب می شود که با وصل کردن جریان برق به آن و ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی ذرات باردار در آن ایجاد می گردد و این ذرات از یک سو به سوی دیگر قطعه به صورت مرتب حرکت می کنند.
این ذرات باردار مانع از آن می شوند که مولکولهای نزدیک به تراشه ها که بر اثر جریان هوای پنکه به حرکت در آمده اند به تراشه ها بچسبند و بجای آن، جذب دو قطب قطعه ای می شوند که روی تنها یک تراشه نصب شده است، تراشه ای که کاربردی در رایانه ندارد و اصطلاحاً تراشه ایذائی خوانده می شود.
ژنراتور مگنتوهیدرودینامیک (MHD)
ژنراتور مورد استفاده در فرایند مگنتوهیدرودینامیک (MHD)، ژنراتور ام.اچ.دی نامیده میشود. این ژنراتور شبیه موتور موشک می باشد که با آهن ربای بزرگی احاطه شده است و هیچ قطعه متحرکی ندارد و رساناهای واقعی با سیالات رسانا جایگزین شده اند.
سیال ژنراتور مگنتوهیدرودینامیک (MHD)
سیال جاری در این ژنراتور، باید رسانای الکتریسیته باشد که محدود به فلزات مذاب، گازهای یونیزه شده داغ (پلاسما) و یا الکترولیت های قوی می شود. شرط اساسی انتخاب سیال، رسانایی الکتریکی بالا و قابلیت یونیزه شدن می باشد. در حال حاضر تحقیقات تئوری و تجربی زیادی برای امکان سنجی استفاده از ژنراتور مگنتوهیدرودینامیک (MHD) در صنایع هوافضا مانند هواپیماهای ماوراء صوت و ماهواره ها در حال انجام هستند.
وسایل نقلیه هوایی مانند شاتل فضایی، هم سوخت و هم اکسید کننده را با خود حمل می کنند. اگر یک اکسید کننده قوی خارجی (مانند جو زمین) استفاده شود، نیاز به حمل اکسید کننده روی وسیله حذف می شود و وسایل نقلیه پرتاب آینده، در کسری از مصرف سوخت کل، می توانند بار بزرگتری در مدار حمل کنند. به همین دلیل، ناسا در حال حاضر روی استفاده از موتورهای مکنده هوا تحقیق می کند تا بتواند اولین مرحله از دو مرحله سیستم های پرتاب مافوق صوت را تقویت کند. حذف نیاز به حمل یک اکسید کننده روی وسیله نقلیه، منجر به کاهش وزن کلی وسیله در هنگام پرتاب آن ها می شود.
