книги из ГПНТБ / Бальчитис А.А. Емкостная подобласть индукционных процессов преобразования потоков энергии

источника таких полей. Во-первых, - плазма, в которой может быть возбуж­ дено электрическое поле, имеющее величину

Е ~ 4тс en X ~ | / 4тс пгпс^

(п - плотность плазмы, т — масса электрона). Указывается на возможность получения таким способом в лабораторных условиях величины Е, равной 0,1-10 Гв/м. Во-вторых, источником сильных электрических полей могут служить мощные релятивистские электронные пучки. На краю такого пучка с круговым сечением напряженность электрического поля в направлении

и др. Особенности процессов преобразования потоков энергии в емкостном индукционном преобразователе обусловливает, например, целесообразность применения нетрадиционной зависимости дл я определения активной мощ­

напряжение (var), реактивная составляющая которого обусловлена реактив­

1 Весьма неудачная, но общепринятая в научно-технической литературе терминоло­ гия. Б о л е е точное определение этого понятия как плотности напряжения приводится в ра ­ боте [7] и др .

20

Использование аналогии математического описания процессов емкостной и индуктивной подобласти, процессов индукционного преобразования пото­ ков энергии ценно также возможностью обобщений: выявление основных принципов дает единое представление о, казалось бы, совершенно различ­ ных процессах емкостного и индуктивного индукционного преобразования потоков энергии.

Аналогия более абстрактного характера существует между различными методами описания физических силовых нолей и динамических процессов,, которые, несмотря на кажущиеся научные барьеры, не перестают быть еди­ ными. Эта аналогия, вытекающая из обобщенных представлений общей тео­ рии относительности (ОТО), использована при разработке методики обоб­ щенного исследования сложных динамических систем и, в частности, — преобразователей потоков энергии (гл. 5).

Исследование процессов передачи и преобразования потоков различных видов энергии в сложных динамических системах в настоящее время, как правило, проводится различными методами классических теорий механики и гидродинамики, термодинамики, электродинамики и др. Это вызывает определенные трудности. Поэтому при исследовании процессов преобразо­ вания потоков энергии в ЭГазДИ-генераторах была использована оригиналь­ ная методика обобщенного исследования процессов передачи и преобразова­ ния потоков энергии в сложных динамических системах.

Обобщенный метод исследования динамических систем базируется на рассмотрении только силовых взаимодействий элементов системы и некото­ рых энергетических соотношений.

При этом внутренняя структура этих элементов не изучается. Следо­ вательно, обобщенные методы исследования динамических систем основаны на идеализации, обобщении принципов, которые, прибегая к абстракциям более высокого порядка, способны все же адекватно отразить наиболее су­ щественное. Такой „феноменологический" подход дает возможность прибли­ женно характеризовать динамические процессы при помощи лишь небольшого числа внешних или эквивалентных параметров, например, — обобщенных зарядов и обобщенных силовых полей (обобщенная теория силовых полей).

Д р у г и м и словами, методы обобщенного исследования силовых полей, рассматриваемые в работе, базируются на физическом представлении об обобщенном силовом поле. При этом свойства любого другого силового поля представляются лишь отношением их как эталонируемых объектов к эталон­ ному обобщенному силовому полю.

Ценность обобщенных методов заключается в сжатии информации, по­ скольку абстракции более высокого порядка обладают большей информа­ ционней емкостью.

21

Рассматриваемые в работе технические преобразователи представляют физические системы не слишком великие и не слишком малые, работающие в обычных условиях, когда скорости движения рабочего тела v постоянны, причем эти скорости значительно меньше скорости света (V2<^CQ). Поэтому рассматриваемые в работе физические зависимости не выходят из круга класси­ ческих проблем. Поправка на движение среды в уравнения Массвелла, в случае

Более точные соотношения электрогидрогазодинамических течений долж ­ ны базироваться на уравнениях релятивистской электродинамики [9].

Предполагается также, что рабочая среда, являющаяся ареной действия силовых полей, однородна и изотропна. Поэтому рассматриваемая теория емкостных индукционных преобразователей, излагаемая как феноменологи­ ческая теория, применима лишь к таким задачам, в которых относительные изменения полей на расстояниях, равных среднему расстоянию X между зарядами — источниками полей, могут рассматриваться как малые, т.е. ког­ да выполняются условия вида

(ср - потенциал поля рассматриваемого заряда).

В работе используется Международная система единиц (СИ). Уравнения обобщенных электромагнитных силовых полей (гл. 5) представлены в нера­ циона лизированном виде: объектом рассмотрения является не только электро­ магнитное силовое поле, зависимости которого обычно представляются в рационализированном виде, но и закономерности других разделов физики, которые до настоящего времени представляются в нерационализированном виде.

22

ГЛАВА I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

1.1, Емкостная индукция тока — следствие преобразования Лоренца

Напряженность электрического и магнитного полей в „медленно" движу­ щихся непроводящих средах определяется преобразованиями Лоренца.

Формулы преобразований Лоренца для компонент векторов Ё и Я напряженностей электрического и магнитного полей при переходе к неподвижной системе координат К от системы К', движущейся относительно системы К равномерно и прямолинейно со скоростью v, имеют вид

23

Величина эдс электромагнитной индукции зависит как от изменения распределения потока, связанного с поверхностью S, так и от движения кон­ тура L , ограничивающего поверхность S

24

Соотношение (1.14) показывает, что значительные плотности тока емкост­ ной индукции могут быть достигнуты при условии

(рис. 1. 1а), подключенных к источнику напряжения и (t). В пространстве меж­ д у электродами в этом случае будет существовать потенциальное перемен­ ное электрическое поле вектора D (t).

H ( t ) = [ v X D ( f ) | H(f)= | v X D ( f ) |

JO)

электродами прямолинейно и поступательно движется с постоянной скоростью

25

В ЭДИ-преобразователях потоков энергии частота преобразования o>v будет значительно ниже радиотехнических частот. Следовательно, время установления поляризации (время релаксации) будет несравненно меньше периода собственных колебаний ионов, т.е. в процессе емкостной индукции тока поляризация рабочих сред будет успевать полностью устанавливаться.

Влиянием электромагнитного скин-эффекта в рабочем теле преобразова­

где / — характерный линейный размер, например, диаметр эквивалентного ра­ бочего канала.

В слабопроводящих средах на процесс емкостной индукции будут оказы­ вать влияние также токи проводимости. Отношение амплитуды тока индук­ ции к амплитуде тока проводимости равно

или

vL'i >уе(гг0)~1.

Отсюда, длина электродов L ЭДИ-преобразователя в направлении движения рабочего тела должна удовлетворять неравенству

Дуально-инверсный характер аналогии индуктивных (электро­ магнитных) и емкостных индукционных преобразователей

В теории цепей рассматриваются дуальные первое и второе уравнения Кирхгофа и соответствующие им инверсные схемы. Д л я емкостных и индук­ тивных преобразователей дуальными являются первое и второе уравнения

1 Время релаксации т не с л е д у е т смешивать с временем релаксации поляризации т р , о т которого зависит минимальная величина L (см. разд. 2. 11).

27

Рис. 1.2. Эквивалентные схемы источника э д с (а) и тока (б).

28

ных токов, обусловленных вязким трением при поляризации и намагничива­ нии рабочих сред в переменных полях \Ё и Я . В рассматриваемых преобразо­ вателях используются жидкообразные и газообразные среды, в которых эти­ ми эффектами можно пренебречь. Следовательно, величины активных состав­

29