Με υδραυλική αναλογία, η διάδοση μιας ευθύγραμμης κυματικής διαταραχής είναι ισοδύναμη με τη διάδοση μιας «καταρράκτου». Πώς θα τη δημιουργήσουμε; Αρκεί να τοποθετήσουμε μια μικρή ύψος νερού στην περιοχή Β και μεγαλύτερο ύψος νερού στην περιοχή Α. Στο δοχείο εκτόνωσης: τίποτα, καθόλου νερό. Σε διατομή:
Όλα είναι έτοιμα για τη δοκιμή. Αφαιρούμε πολύ γρήγορα τη διαφράγματα της κλειστής πύλης. Η μάζα χρωμένου νερού (π.χ. με φθορεσκείνη) θα εκραγεί στο κανάλι, προς τα κάτω. Θα πάρουμε το εξής:
Τι παρατηρούμε; Την έναρξη μιας καταρράκτου, ενός υγρού κύματος, που θα κινήσει το αδιάχυτο νερό. Αλλά το μέτωπο του κύματος κινείται γρηγορότερα από το ίδιο το νερό.
Προς τα κάτω, ξεκινά μια διαφυγή κύματος, αλλά πιο «μαλακή». Δεν είναι κύμα σοκ.
Μετά από λίγο, η κατάσταση είναι η εξής:
Το κύμα διαστολής φτάνει στον πυθμένα της «κυψέλης». Το απόστημα μεταξύ του αδιάχυτου νερού «σπρώχνεται», που έχει ταχύτητα, και της διεπαφής έχει αυξηθεί. Έχουμε λοιπόν μια εκτοξευόμενη ροή, όπου το καθαρό νερό έχει ταχύτητα και συνεπώς το ύψος αυξήθηκε (υδραυλικό ανάλογο της πίεσης σε αέριο). Μπορούμε λοιπόν «εργαστεί» σε αυτή τη ροή. Στη συνέχεια, το κύμα διαστολής ανακλάται στον πυθμένα της κυψέλης και γρήγορα προσπερνά τη διεπαφή-μέτωπο κύματος.
Βλέπουμε ότι αν είχαμε τοποθετήσει στον τοίχο μια «παράθυρο παρατήρησης», θα είχαμε δει να περνάει, κατά τη διάρκεια του «χρόνου ροής», αυτή η μάζα καθαρού νερού που έχει ταχύτητα. Το σύνολο μπορεί να διαβαστεί σε ένα «διάγραμμα x, t»:
Έχουμε εδώ την ακριβή υδραυλική αναλογία της λειτουργίας ενός «σωλήνα σοκ». Αρκεί να αντικαταστήσουμε την κλειστή πύλη με μια «υψηλής πίεσης κοιλότητα». Η διαφράγματα της κλειστής πύλης, χειροκίνητη, θα είναι μια χαλκινή διαφράγματα που θα ανοίξει όταν η πίεση φτάσει (χρησιμοποιούμε κάμερα καύσης) αρκετή. Το δοκιμαστικό σωλήνα γίνεται ένας δοκιμαστικός σωλήνας, με σταθερή διατομή, αρχικά γεμάτος αργόν με χαμηλή πίεση (13 mm Hg). Στο δοχείο εκτόνωσης, μια απλή κοιλότητα κενού, με οποιαδήποτε μορφή. Η χαρτοδιαφράγματα αντικαθίσταται από μια μεμβράνη μυλαρ, που θα σπάσει όταν φτάσει το κύμα σοκ. Παρακάτω, η σχηματική εικόνα της εγκατάστασης:
Μήκος της υψηλής πίεσης κοιλότητας: ενάμιση μέτρα. Διάμετρος (ίδιος με τη διατομή δοκιμής): 5,6 cm. Μήκος της δοκιμαστικής ροής: 6 μέτρα. Στο κάτω μέρος η κόκκινη χαλκινή μεμβράνη, εξασθενισμένη με λεπτές γραμμές, και το τρόπο με τον οποίο ανοίγει σχηματίζοντας τέσσερα φύλλα, επιτρέποντας την ελεύθερη διέλευση του καυσαερίου. Η υψηλή πίεση κοιλότητα γεμίζει με μείγμα H2 + 1/2 O2 και ηλίου ως αραιωτή. Το δοχείο εκτόνωσης είναι απλός δοχείος αρκετά ανθεκτικό για να μπορέσουμε να το κάνουμε κενό. Η εγκατάσταση συμπληρώνεται με διάφορες αντλίες κενού, παλινδρομικές, που βρίσκονται εύκολα σε χρησιμοποιημένη κατάσταση και δίνουν κενό κάτω από 10-2 mm Hg (10-2 torr), καθώς και με κλειστές βαλβίδες. Προσθέτουμε μια σειρά φιάλες που παρέχουν υδρογόνο, οξυγόνο, ήλιο και φυσικά αργόν.
Το εύφλεκτο αέριο μείγμα αναφλέγεται από ένα σύστημα σπινθήρων που συνδέεται με πηγή υψηλής τάσης. Επειδή αυτό το σύστημα είναι πηγή ηλεκτρομαγνητικών διαταραχών, η υψηλή πίεση κοιλότητα είναι κλεισμένη σε μια φυλακή Faraday (κολόνες ξύλου και χαλκινό δίχτυ, διάμετρος 1 mm). Απλή, αλλά αποτελεσματική. Τα έξι μέτρα αργού υπό χαμηλή πίεση γίνονται μια κομμένη στήλη συμπιεσμένου (1 bar) και ζεστού (10.000°K) αερίου μήκους δεκάδων εκατοστών. Αμέσως μετά αυτής, ακολουθεί το «καυσαέριο», δηλαδή ένα μείγμα ατμών νερού και ηλίου.
Αυτό είναι για τη μέρα «θερμής ροής».
Στη δοκιμαστική ροή, όπου θα γίνουν οι μετρήσεις και η πραγματική εμπειρία (MHD), η διατομή είναι τετράγωνη (5 cm x 5 cm). Πρέπει λοιπόν να τοποθετήσουμε ένα λεπτό κομμάτι, δύσκολο στην εργασία, που να μεταβάλλει την κυκλική διατομή σε τετράγωνη:
Τα «MHD σωληνάκια» μπορούν να κατασκευαστούν από πλεξίγκλας (με κολλημένα τμήματα) ή από στρωματοποιημένο πλαστικό (ανθεκτικότητα), με μια καλή οπτική παράθυρο. Παρόλο που η θερμοκρασία του αργού είναι υψηλή, δεν βλάπτει τα μέρη του σωληνακίου, λόγω της σύντομης διάρκειας της ροής (80 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου).
Για να δημιουργήσουμε ένα διαμετρικό μαγνητικό πεδίο, θα χρησιμοποιήσουμε δύο σολενοειδή, τοποθετημένα όπως παρακάτω:
Στο επόμενο σχήμα, αφαιρέσαμε ένα από τα σολενοειδή για να δείξουμε τη διάταξη της μοντέλου (λεπτή λεκάνη πτερύγων).
Το όγκος του MHD σωληνακίου, συμπεριλαμβανομένου του χώρου, είναι της τάξης του λίτρου, και το μαγνητικό πεδίο που πρέπει να δημιουργηθεί πρέπει να φτάσει τα 20.000 γκάουσ (2 τεσλά). Επομένως, πρέπει να διέλθει μεγάλο ρεύμα (50.000 αμπέρ) μέσα από τα σπείρωμα των σολενοειδών. Ένα τέτοιο ρεύμα τείνει να εκραγεί τα σολενοειδή, όχι λόγω του αποτελέσματος Joule, αλλά απλώς λόγω των δυνάμεων J x B που ενεργούν στα ίδια τα σπείρωμα. Θα είναι απαραίτητο να εφοδιάσουμε τα σπείρωμα χαλκού με ένα είδος «ζώνης», π.χ. από γυαλί, βυθισμένο σε αραλδίτη.
Επειδή η πραγματική δοκιμή (η MHD αλληλεπίδραση) είναι σύντομη, μια οικονομική λύση για τη δημιουργία τέτοιων ρευμάτων είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα σύνολο πυκνωτών που θα αποφορτίζονται σε αυτό το πηνίο (αποφόρτιση ταλάντωσης). Αρκεί να συγχρονίσουμε το σύνολο με τέτοιο τρόπο ώστε η δοκιμή (κατά τη διέλευση της ροής ζεστού αργού) να γίνει τη στιγμή που το μαγνητικό πεδίο B είναι σχεδόν σταθερό (περίοδος αποφόρτισης: 5 χιλιοστά του δευτερολέπτου).
Επόμενο σχήμα: η σωλήνας με κύμα σοκ, εξοπλισμένη για MHD δοκιμές, όπως εμφανιζόταν στο εργαστήριό μου τα έτη του 1965.
Οι πυκνωτές φορτίζονταν σε 5 kV. Μια μικρότερη σειρά πυκνωτών χρησιμοποιείται τώρα για να