Вертикальная составляющая для магнитоэластов на расстоянии 1 см Яг-Ю** А/м, а для магнитов из феррита бария -до 10 А/м.

Для визуализации картины распределения скоростей движения жидкости и моделирования процесса распространения примеси на поверхность электролита наносился порошок ликоподия, размеры частиц которого 5-10 мкм. Каждая частица являлась датчиком скорости жидкости при фоторегистрации их движения. На фотографии треки от каждой частицы позволяют определить направление и значение скорости в данной точке.

В качестве примера экспериментальных результатов по возбуждению вихревых потоков различной геометрии с использованием

Рис. 4.11. Фотография структуры течения электролита при расположении трех магнитов с чередующейся полярностью под дном кюветы и числах Рейнольдса,

больших критического.

некоторых типов источников неоднородного магнитного поля приведем картину вихреобразования в овальной кювете (аналог замкнутого водоема). Кювета заполнена электролитом на глубину 0,5 см, электроды расположены на концах кюветы.

При применении в качестве источника неоднородного магнитного поля кольцевого магнита марки 2,8 БА диаметром 52 мм, намагниченного в осевом направлении и обращенного ко дну одним полюсом, образуется пара вихрей - вихревой диполь, вытянутый в направлении, перпендикулярном току.

При применении трех колец, обращенных ко дну кюветы одноименной полярностью, наблюдается образование трех пар вихрей, слабо взаимодействующих между собой при плотности тока до 1 мА/см2. При увеличении плотности тока скорость жидкости увеличивается, профили вихрей деформируются, и при токах 100 мА/см2 скорость увеличивается настолько, что число Рейнольдса Re = y v, где / - масштаб вихря, становится больше критического (Re>2000). Это приводит к потере устойчивости течения и распаду вихрей на более мелкомасштабные (рис. 4.11). В данном случае перенос и диффузия примесей ускоряются.

Наряду со стационарными процессами можно наблюдать и динамику формирования вихря во времени, производя съемку через различные интервалы времени. Так удалось наблюдать перенос примеси от вихря к вихрю вдоль поверхности кюветы в случае вихревой картины, изображенной на рис. 4.11. Здесь же наблюдался распад сгустка примеси в участках, где линии тока жидкости имеют меньший радиус кривизны.

Такая визуализация сложной системы вихрей, имеюш,их место, как правило, в любом водоеме [75], помогает проследить дина-

Рис. 4.12. Схема моделирования ветрового течения.

/ - прямоугольный магнит; 2 - электролит; 3 - эпюра МГД-спл.

мику примесей, перераспределение их между вихрями, определить места их повышенной концентрации.

При гидрофизических исследованиях одной из главных задач является моделирование ветровых течений. При расположении магнита одним полюсом над поверхностью электролита, через который в горизонтальном направлении протекает постоянный ток, эпюра МГД-сил будет иметь вид

мгд = РоУ о ехр (-а,г),

так как напряженность спадает по экспоненциальной зависимости (рис. 4.12).

Описанная методика моделирования представляет возможность наблюдать движение электролита в вертикальном слое жидкости, что важно при исследовании процессов вертикального обмена примеси в стратифицированном водоеме.

4.2. Методы измерения скорости и расхода потоков в лабораторных условиях и в природных объектах

Электромагнитные методы измерения скорости. В основе этого метода лежит закон электромагнитной индукции, где в электродах, расположенных поперек потока жидкости, возбуждается разность потенциалов Ыд. Согласно (2.40)

u = -KBbV,, (4.8)

где К - безразмерный коэффициент, зависящий от вида магнитного поля; 5 -индукция между полюсами магнита; 6 -диаметр

трубы или ширина потока; Vcp - средняя по сечению скорость течения.

Индукционные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми переменным током [39]. Как отмечалось ранее, обычно при измерениях на воде предпочитают использовать переменные магнитные поля для исключения поляризационных явлений, так как измеряемая ЭДС в обоих случаях порядка 10 мВ.

Индукционными расходомерами можно производить измерения в трубах и в открытых водотоках [144, 152]. Диаметр трубопровода может быть от нескольких мм до 1,5-2,0 м, а расход -от 3-10- до 3 mVc. Индукционные расходомеры практически безынерционные и позволяют проводить измерения в быстропеременных потоках. Сложность этого метода -в необходимости применения магнитных систем, которые могут иметь значительные габариты при больших расходах.

Измерение скоростей в природных объектах. Измерение расходов воды необходимо для учета водных ресурсов, ведения хозяйственной деятельности на водосборе и контроля за качеством природных вод. Известные гидрометрические методы не всегда применимы для измерения расходов воды, вследствие чего возникает необходимость в разработке новых методов, позволяющих измерять расходы воды в этих случаях. Среди них представляет интерес электромагнитный метод измерения скорости.

Фарадей первым обратил внимание на то, что когда вектор скорости воды, текущей в реке, пересекает вертикальную компоненту магнитного поля Земли, в воде наводится электродвижущая сила (ЭДС) Uji по (4.8), которую можно обнаружить при помощи двух электродов. Этот принцип лег в основу для измерения приливного течения в Дуврском проливе, причем для исследования Ып использован был один из проложенных ранее телефонных кабелей [155]. Этим же методом был измерен приливной поток в реке Хамбер [159]. Сейчас этот метод используется на нескольких гидрометрических станциях в Нидерландах [60].

Результаты экспериментов позволили выяснить возможности метода и побудили гидрологов попытаться применить его для измерения расходов воды в реках. Однако относительно слабые, однонаправленные потенциалы, наводимые в небольших реках, не могут быть обнаружены из-за помех.

Такие эксперименты с электромагнитными измерителями скорости течения проводились во Франции и Англии. Кроме того, измеритель скорости течения, основанный на этом принципе, позволяет измерить скорость в одной точке. Единственным достоинством при работе в открытом русле является способность измерять небольшие скорости, до 2 мм/с. Поэтому для гидрологических исследований был использован метод измерения расхода, в котором использовалось переменное магнитное поле от внешнего источника [60]. В этом случае в формуле (4.8) Vcp -средняя скорость течения реки, b - ширина реки, В - индукция, создаваемая двумя со-