磁流体动力学 MHD 说明和历史

science/mhd MHD

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 等离子体磁流体动力学(MHD)是研究导电流体与电磁场之间相互作用的学科。
  • 它能够将动能转化为电能,特别是通过MHD发电机实现。
  • 法国在20世纪60年代率先在这一领域进行研究,但由于不稳定性和高昂的成本,研究最终被放弃。

MHD

../../bons_commande/bon_global.htm

...什么是磁流体动力学,简称MHD?这是通过施加电磁力来影响流体(液体或气体)的艺术和方法,前提是该流体必须具有足够的导电性。这时就会被称为MHD加速器。同时,这也是将流体的动能转化为电能的艺术和方法。这时就会被称为MHD发电机。更一般地说,只要存在一种能量形式直接转换为另一种能量形式(动能、电磁能),就会被称为MHD转换器。

Image1697

...要了解MHD,可以看看我的漫画《沉默之墙》(名字很贴切),在“cd-Lanturlu”中。

...在60年代,法国在这个领域处于领先地位。可以说这是偶然。在60年代初,许多国家(英国、苏联、美国、法国)都开始进行大量的MHD研究。后来德国和日本也加入了这一行列。当时的目标是开发MHD发电机,理论上其效率可以大大高于热机(高达60%)。能源来源有两种:碳氢化合物燃烧或核能。为了使该过程具有经济可行性,必须确保所提取动能的流体具有足够的导电性。然而,原则上所有气体都是极差的导电体,甚至是绝缘体。因此,人们尝试了各种方法,通过“播种”碱性元素(主要是铯,具有低电离势)来赋予这些气体较高的导电性。然而,尽管投入了大量资金,研究结果却令人失望,尤其是在经济高速增长时期。于是人们开始考虑让这些发电机“双温运行”,即让气体中的自由电子具有比气体本身(由原子组成)更高的温度。但1964年,E.Velikhov(后来成为苏联科学院副院长)理论上发现了一种可怕的不稳定性,这使得60年代末期所有的计划都化为泡影。到了70年代中期,大多数国家都放弃了,只有苏联在经济崩溃前一直在这个研究领域保持了大量投入。

...1965年,我被分配到马赛流体力学研究所时,发现了一个小团队,由一位研究人员Georges Inglesakis领导。他受到一位瑞士裔美国研究人员Bert Zauderer的研究启发,使用所谓的“激波管”作为气流源,进行了直接转换实验。这些实验持续时间非常短(不到一百微秒),但其意义在于,以极高速度(超过2500米/秒)和高压(一个大气压)喷射出的气体也非常热(一万个度),因此具有极强的导电性。在这种条件下,可以模拟我们梦想中的MHD发电机,即通过压缩、加热并使这些在普通条件下导电性差的气体(如氩气)通过喷管,使其在高温下导电。当然,这些实验在工业上没有实际意义。一个每小时只能运行十分之一微秒的发电机,即使在那段时间内能产生数兆瓦的电力,又能做什么呢?当时没有人意识到(除了苏联人),这些脉冲式发电机有一天会重新用于后来被称为“星球大战”的项目,我将在网站上进行介绍。

Image1698

...读者随后会了解到,令人惊讶的是,苏联MHD之父竟是天才的安德烈·萨哈罗夫(同时也是苏联第一颗氢弹之父)。萨哈罗夫不是研究者,而是一个发明家和先知。在马赛研究所,我到达时,没有人怀疑MHD的真正潜力。然而,一些显著的成果还是取得了。1967年,也就是我进入实验室两年后,通过一个巧妙的方法,我成功地首次运行了双温发电机(仍然在这些短暂的气流中),利用了Velikhov不稳定性(在百万分之一秒内发展)的速度。同时,等离子体加速实验也成功进行了,仅在十厘米长的喷管中就实现了5公里/秒的速度提升。但这一切都被整体的失败所掩盖。

Image1702

...在法国,研究原则上是“导向”的。像CNRS这样的机构因此制定了“计划”。问题是,制定这些计划的人和进行研究的人并不是同一批人。我不知道你是否曾经用斧头砍过鸭子的头。所有人都知道,动物在被砍头后仍能迅速奔跑。法国的研究就像一只无头鸭子,情况更加恶化,因为法国的研究机构高度依赖:

  • 军队

  • 理工学院的工程师

...当人们最终在多年挫折后明白这一切时,只剩下转向唯一可以设想长期研究的领域:理论研究。

...1987年,我放弃了MHD研究,尽管在法国研究计划正式关闭十年后,我仍然坚持。我被迫放弃。我在不同的书籍中解释了这一点。我将在我的MHD网站的这一部分重新讨论。这项研究的核心有一个令人着迷的想法:是否可以在稠密空气中以超音速甚至高超音速飞行,而不产生“爆炸”或激波?一位学生Bertrand Lebrun在我的指导下完成了这方面的博士论文。我们的理论工作,伴随着大量发表在顶级期刊上的科学论文和国际会议上的报告,给出了肯定的答案(参见文档末尾的列表)。在80年代中期,我成功说服了CNRS总干事Papon,帮助我们进行一次实验。资金被释放了。想法是再次进行短暂的实验,使用“激波管”作为高温气流装置。鲁昂的一个实验室仍拥有其中一台……古董设备。我们还回收了来自Fontenay-aux-Roses第一个“托卡马克”的重要设备。Papon非常高兴,看到“我们正在用废品进行前沿研究”。到80年代末,我们几乎成功了。但军队故意破坏了这个项目。后来我们有证据证明这一点,并在一本著作中发表了。

...军队,根据定义,有所有权利,只要它基于国防机密的标准。可以想象,一个“MHD巡航导弹”可能带来的战略优势,它能够以高超音速在山丘间跳跃(对于外行来说:目前所有巡航导弹都是亚音速的)。在当时,军队想要禁止在民用背景下进行这样的研究,这在某种程度上是可以理解的,因为它会在自己的安全区域进行这些研究,远离不必要的目光。然而,13年后,事实证明,法国军方实际上无法继续这些研究,很快因缺乏……技能而放弃了。调查得出的结论是:

没有法国的军事MHD

...当时,来自IHEDN(国家国防高等研究学院)的一组军人在1999年7月发布的一份小册子中发出警报。他们提到美国在该领域取得了惊人的进展,敲响了警钟。我们之后会看到,这些担忧可能是有根据的。我甚至确信它们是正确的,我会对此进行解释。但荒谬的是,那些对这种情况感到担忧的人中,有许多人正是1976年至1987年间法国MHD研究失败的主要责任人。目光短浅,无能。更令人惊讶的是,这些人却在要求“采取行动”,强烈要求得到完全的自由,而他们正是我们在这个领域落后的主要责任人。他们装出阴谋家的样子,试图暗示他们的发言人有强大的技术科学能力。但实际上并非如此。这一切令人遗憾地只是徒劳的表演,而且毫无用处,因为已经……太晚了。

...对我来说,难以忍受的是看到一个毫无科学能力的人在电视上大放厥词,声称“我们现在知道如何让机器以超音速飞行而不产生爆炸”。我当时认为,让学生、教师、工程师、纳税人、普通市民,甚至……政治家了解这些信息是很有必要的,让他们有评估的依据,以免在23年后再次被这些人当作傻瓜。

...作为开胃菜,读者点击以下链接,可以找到对这一著名MHD实验的相当通俗的介绍,这是我们梦想进行的实验,我们已经完全计算过,如果我在这个领域所做的所有实验一样,第一次尝试就会成功。但军方却无法完成这个实验。

..这是怎么发生的?不要高估军队(和理工学院的工程师)。记住克莱门梭在第一次世界大战转折点时说的:“战胜德国的最好办法是在那里建立一所理工学院”。

...在以“一百微秒可能改变我们对世界的看法”的风格介绍这个实验之前,我想分享一个有趣的轶事来支持我的说法。在法国在雷甘进行首次核试验后,军方得知美国人现在在地下进行试验。他们问美国人是如何进行的。很快得到了回答:

  • 听着,你们这些小青蛙吃者,你们很好,但一方面你们已经退出了北约,另一方面我们并不太想看到核技术在地球上扩散。所以,自己想办法吧……

...军方的理工学院工程师,即“火药工程师”,进行了精密计算。他们得出结论,必须在山中钻一个隧道,将核装置放在最深处,然后用混凝土和废铁填满其余部分。就这样做了。在封闭的隧道前安装了一个射击电脑,然后邀请国防部长皮埃尔·梅西耶来到撒哈拉的这个角落,观看试验。事实上,正是他自己向《巴黎竞赛》杂志讲述了这件事,当时该杂志试图(在我们国家,我们很乐意保持秘密)撰写法国原子弹的历史。很快就会明白他为什么会透露这件事。部长即使在多年后,仍然感到非常不安。

...当装置被引爆时,压力立即将数百米的混凝土和钢筋推出,隧道像霰弹枪一样工作。震惊的部长看到这些碎片从身边飞过。当然,所有人都被辐射了。剂量评估变得困难:包括部长在内的所有胶片都被完全遮盖了。梅西耶怒不可遏。一个士兵或一个村庄的居民被辐射,这还可以接受,但……国防部长,这怎么行!

...事实上,我们的军方工程师最终明白了,不应该把装置放在坚硬的岩石中,而应该放在数百米厚的柔软地层下以缓冲冲击。想想看。如果你想引爆一颗手榴弹,然后分析爆炸产物,也许把它放在沙袋上比浇筑在混凝土中更合理。今天我们知道如何操作。当炸弹爆炸时,会在地层中形成一个可压缩的空腔(就像穆罗罗亚环礁的基底一样)。因此,能量通过非弹性压缩被吸收。同时,冲击波向上移动,轻微地抬起地面,一切就完成了。

...所有这些想说明的是,军事圣殿可能并不是基础研究的巅峰。我有时听到有人对我说:

  • 但是,您不认为我们看到的所有这些电视上的表演只是“取悦观众”,而背后可能有更严肃的研究吗?

...很抱歉让您失望。在这些背后什么都没有。否则,上面提到的报告不会包含如此多的错误,反映出作者的科学无能。

我没有改变世界的能力,但我讨厌人们把别人当作傻瓜。

../../bons_commande/bon_global.htm

一百微秒改变我们对宇宙的看法

Image1693

Image1694

Image1695

Image1696

Image1699

Image1700

Image1701