Como calcular numero Stuart N MHD interaction parameter
Calcula numero Stuart N = sigma*B^2*L/(rho*v) MHD interaction parameter ratio adimensional fuerzas Lorentz electromagneticas vs inerciales. N<<1 inercia; N>>1 Hartmann frenamiento. Liquid metal cooling + ITER + CIEMAT + F4E Barcelona.
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Como calcular el numero de Stuart (N o interaction parameter) ratio adimensional fundamental MHD magnetohidrodinamica ingenieria que mide las fuerzas Lorentz electromagneticas vs fuerzas inerciales en fluido conductor en movimiento: N = sigma * B^2 * L / (rho * v). sigma conductividad eléctrica S/m (mercurio 1e6; sodio 1e7; litio breeder ITER 3e6; galio 3.7e6; acero fundido 7e5; agua mar 5; plasma 1e3-1e8); B campo magnético T (lab 0.1-2; ITER 5-15; MHD pumps 0.5-5); L escala m (canal 0.01-1; lab 0.05-0.5); rho densidad kg/m^3 (Hg 13534; Na 928; Li 480; acero 7000); v velocidad m/s (typical 0.1-10).
Definición equivalente: N = Ha^2/Re + Ha = B*L*sqrt(sigma/(rho*nu)) Hartmann + Re = rho*v*L/mu Reynolds.
Clasificación régimen: N<0.01 inercia dominante; 0.01<N<1 transición; 1<N<100 magnetic significativo; N>100 Hartmann plug flow.
Hartmann boundary layer: delta_Ha = L/Ha + 0.1-10 mm metales liquidos.
Numeros MHD relacionados: Hartmann Ha; Reynolds Re; magnetic Reynolds Rm; Alfven Mach MA; Lundquist S; plasma beta.
Hartmann flow 1937: flujo metal liquido entre placas paralelas en campo magnético transversal + perfil plug central + Hartmann-Lazarus 1937. Historia: John Trevor Stuart (UK 1929-2018) Imperial College London 1956-1994 + Royal Society 1974; 1954 J Fluid Mech 1:347 classico Stuart number + Stuart-Landau equation 1958 + Otto Laporte Award AIP 1987.
Julius Hartmann (Dinamarca 1881-1951) DTU 1925-1944; 1937 Hartmann-Lazarus paper classico Hartmann number + Hartmann flow + Hartmann electromagnetic pump prototype.
Hannes Alfven (Suecia 1908-1995) KTH; 1942 Nature Alfven waves + Premio Nobel Física 1970 magnetohydrodynamics.
Hans Branover (1929-2011) Ben Gurion University Israel; 1978 'MHD Flow in Ducts' Wiley 290 pages classico engineering MHD. Legado: Davidson 2017 Cambridge 581 + Moreau 1990 + Roberts 1967 + Hughes-Young 1966 + Goedbloed-Poedts 2010 + Muller-Buhler 2001 + Sutton-Sherman 1965.
España investigación plasma + fusión + MHD: CIEMAT Madrid 1300 + Laboratorio Nacional Fusión world-leading + TJ-II stellarator + ITER partner; BSC Barcelona 1100 + plasma simulation; F4E Fusión for Energy Barcelona 450 + ITER Europe procurement Barcelona world-leading; CSIC Madrid 11000; IAA Granada 200; IAC Tenerife 350; INTA Madrid 1500; Tecnalia 1500.
Universidades: UCM 80000; UAM 30000; UPM 38000; UC3M 22000; UPC Barcelona 30000; UB 60000; UAB 35000; Sevilla 65000.
Industria fusión ITER: F4E Barcelona 450 world-leading; Empresarios Agrupados 600; Sener Bilbao 2400 + ITER NBI + diagnostic + Italian leadership; IDOM Bilbao 4500 + ITER buildings + tokamak components; Indra Madrid 56000 + ITER control.
Industria steel casting EMS: ArcelorMittal España 5500 + steel casting + EMS continuous casting; Acerinox Madrid 8000 + stainless steel; Sidenor Madrid 5000 + special steels.
Industria electromagnetic flowmeter: ABB España 1500 + ProcessMaster; Endress+Hauser España 200 + Promag; Siemens España 4000 + SITRANS; Yokogawa España 100; Krohne 100.
Industria nuclear sodium: Empresarios Agrupados 600; SENER 2400; Tecnatom Madrid 800 + nuclear engineering; Endesa Generation 7000.
Formula Stuart
Definición: N = sigma*B^2*L/(rho*v).
Hartmann Reynolds: N = Ha^2/Re.
Hartmann layer: delta_Ha = L/Ha.
Valores tipicos: mercurio N=7.4; litio ITER N=78125; agua mar N=4.9e-4; acero EMS N=5.
Historia y contexto
John Trevor Stuart (UK 1929-2018) Imperial College + Royal Society 1974; 1954 J Fluid Mech 1:347 classico Stuart + Stuart-Landau 1958 + Otto Laporte 1987.
Julius Hartmann (1881-1951) DTU + 1937 Hartmann-Lazarus.
Hannes Alfven (1908-1995) + 1942 Nature + Nobel 1970.
Hans Branover (1929-2011) Ben Gurion + 1978 'MHD Flow in Ducts' Wiley 290 classico. Legado: Davidson 2017 + Moreau 1990 + Roberts 1967 + Goedbloed-Poedts 2010 + Sutton-Sherman 1965.
España investigación: CIEMAT 1300 TJ-II + ITER partner; BSC 1100; F4E Barcelona 450 ITER Europe world-leading; CSIC 11000; IAA 200; IAC 350; INTA 1500; Tecnalia 1500.
Universidades: UCM 80000; UAM 30000; UPM 38000; UC3M 22000; UPC Barcelona 30000; UB 60000.
Industria fusión: F4E 450 world-leading; Sener 2400; IDOM 4500; Indra 56000.
Steel: ArcelorMittal 5500; Acerinox 8000; Sidenor 5000.
EM flowmeter: ABB 1500; Endress+Hauser 200; Siemens 4000.
Nuclear: Tecnatom 800; SENER 2400; Endesa 7000.
Tabla Stuart
- N = sigma*B^2*L/(rho*v)
- N = Ha^2/Re
- N<0.01: inercia
- N>100: Hartmann plug
- delta_Ha = L/Ha
5 ejemplos numericos
- Mercurio: N=7.4 + Hartmann layer.
- Litio ITER: N=78125 dominante.
- Agua mar: N=4.9e-4 inercia.
- Agua dulce: N=2.5e-9.
- Acero EMS: N=5 + ArcelorMittal.
Limitaciones
Rm + Conductividad uniforme + Quasi-steady + Newtonian.
Errores comunes
- Confundir N y Ha.
- Magnetic Reynolds Rm.
- Wall conductivity.
- Liquid metal vs plasma.
- Compressibility.
Aplicaciones
- Fusión ITER: TJ-II CIEMAT + F4E Barcelona world-leading.
- Stellarator: TJ-II.
- Steel casting: ArcelorMittal Acerinox.
- Sodium reactor: Tecnatom + SENER.
- EM flowmeter: ABB + Endress+Hauser.
- MHD pumps: liquid metal.
- MHD generator: Branover.
- Plasma astrofisica: IAC.
- Dynamo Tierra: IGN.
- Re-entry: INTA.
Actualizado a julio de 2026
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