Magnetohydrodynamisk generator: enhet, driftsprinsipp og formål

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Ikke alle alternative energikilder på planeten Jorden har blitt studert og brukt med suksess så langt. Likevel utvikler menneskeheten seg aktivt i denne retningen og finner nye alternativer. En av dem var å hente energi fra elektrolytten, som befinner seg i et magnetfelt.

Designet effekt og opprinnelse til navnet

De første verkene på dette feltet tilskrives Faraday, som arbeidet under laboratorieforhold så tidlig som i 1832. Han undersøkte den såk alte magnetohydrodynamiske effekten, eller rettere sagt, han lette etter en elektromagnetisk drivkraft og prøvde å bruke den med hell. Strømmen til Themsen ble brukt som en energikilde. Sammen med navnet på effekten fikk installasjonen også navnet sitt - en magnetohydrodynamisk generator.

Denne MHD-enheten konverterer en direkteform for energi til en annen, nemlig mekanisk til elektrisk. Funksjonene til en slik prosess og beskrivelsen av prinsippet for dens drift som helhet er beskrevet i detalj i magnetohydrodynamikk. Selve generatoren ble oppk alt etter denne disiplinen.

Beskrivelse av effekthandling

Først av alt bør du forstå hva som skjer under driften av enheten. Dette er den eneste måten å forstå prinsippet om den magnetohydrodynamiske generatoren i aksjon. Effekten er basert på utseendet til et elektrisk felt og selvfølgelig en elektrisk strøm i elektrolytten. Sistnevnte er representert av forskjellige medier, for eksempel flytende metall, plasma (gass) eller vann. Fra dette kan vi konkludere med at operasjonsprinsippet er basert på elektromagnetisk induksjon, som bruker et magnetfelt til å generere elektrisitet.

Det viser seg at lederen må skjære hverandre med feltkraftlinjene. Dette er igjen en obligatorisk betingelse for at strømmene av ioner med motsatte ladninger i forhold til de bevegelige partiklene skal begynne å dukke opp inne i enheten. Det er også viktig å merke seg oppførselen til feltlinjene. Magnetfeltet som bygges av dem beveger seg inne i selve lederen i motsatt retning fra den der ioneladningene befinner seg.

Definisjon og historikk for MHD-generatoren

Installasjonen er en enhet for å konvertere termisk energi til elektrisk energi. Det gjelder fullt ut ovenforEffekt. Samtidig ble magnetohydrodynamiske generatorer på en gang ansett for å være en ganske nyskapende og banebrytende idé, konstruksjonen av de første prøvene som opptok hodet til ledende forskere i det tjuende århundre. Snart tok midler til slike prosjekter ut av årsaker som ikke er helt klare. De første eksperimentelle installasjonene er allerede reist, men bruken er forlatt.

De aller første designene av magnetodynamiske generatorer ble beskrevet tilbake i 1907-910, men de kunne ikke lages på grunn av en rekke motstridende fysiske og arkitektoniske trekk. Som et eksempel kan vi nevne det faktum at det ennå ikke er laget materialer som kan fungere norm alt ved driftstemperaturer på 2500-3000 grader Celsius i et gassholdig miljø. Den russiske modellen skulle dukke opp i en spesialbygd MGDES i byen Novomichurinsk, som ligger i Ryazan-regionen i umiddelbar nærhet til det statlige distriktets kraftverk. Prosjektet ble kansellert på begynnelsen av 1990-tallet.

Slik fungerer enheten

Designet og prinsippet for drift av magnetohydrodynamiske generatorer gjentar for det meste de for vanlige maskinvarianter. Grunnlaget er effekten av elektromagnetisk induksjon, som betyr at det oppstår en strøm i lederen. Dette skyldes det faktum at sistnevnte krysser magnetfeltlinjene inne i enheten. Imidlertid er det en forskjell mellom maskin- og MHD-generatorer. Det ligger i det faktum at for magnetohydrodynamiske varianter somleder brukes direkte av arbeidsorganet selv.

Handlingen er også basert på ladede partikler, som påvirkes av Lorentz-kraften. Bevegelsen av arbeidsfluidet skjer over magnetfeltet. På grunn av dette er det strømmer av ladningsbærere med nøyaktig motsatte retninger. På dannelsesstadiet brukte MHD-generatorer hovedsakelig elektrisk ledende væsker eller elektrolytter. Det var de som var selve arbeidsorganet. Moderne varianter har gått over til plasma. Ladningsbærerne for de nye maskinene er positive ioner og frie elektroner.

Design av MHD-generatorer

Den første noden til enheten kalles kanalen som arbeidsvæsken beveger seg gjennom. For tiden bruker magnetohydrodynamiske generatorer hovedsakelig plasma som hovedmedium. Den neste noden er et system av magneter som er ansvarlige for å skape et magnetfelt og elektroder for å avlede energien som vil bli mottatt under arbeidsprosessen. Kildene kan imidlertid være forskjellige. Både elektromagneter og permanente magneter kan brukes i systemet.

Deretter leder gassen elektrisitet og varmes opp til den termiske ioniseringstemperaturen, som er omtrent 10 000 Kelvin. Etter denne indikatoren må reduseres. Temperaturstangen faller til 2, 2-2, 7 tusen Kelvin på grunn av det faktum at spesielle tilsetningsstoffer med alkalimetaller tilsettes arbeidsmiljøet. Ellers er ikke plasma tilstrekkeliggrad effektiv, fordi verdien av dens elektriske ledningsevne blir mye lavere enn verdien til det samme vannet.

Typisk enhetssyklus

Andre noder som utgjør utformingen av den magnetohydrodynamiske generatoren er best oppført sammen med en beskrivelse av funksjonsprosessene i rekkefølgen de oppstår.

1. Forbrenningskammeret mottar drivstoffet som er lastet inn i det. Oksydasjonsmidler og ulike tilsetningsstoffer er også tilsatt.
2. Brennstoffet begynner å brenne, slik at gass dannes som et produkt av forbrenning.
3. Deretter aktiveres generatordysen. Gasser passerer gjennom den, hvoretter de utvider seg, og hastigheten øker til lydens hastighet.
4. Handlingen kommer til et kammer som sender et magnetfelt gjennom seg selv. På veggene er det spesielle elektroder. Det er her gassene kommer inn på dette stadiet av syklusen.
5. Da avviker arbeidskroppen under påvirkning av ladede partikler fra sin primære bane. Den nye retningen er akkurat der elektrodene er.
6. Den siste fasen. En elektrisk strøm genereres mellom elektrodene. Det er her syklusen slutter.

Hovedklassifiseringer

Det er mange alternativer for den ferdige enheten, men operasjonsprinsippet vil være praktisk t alt det samme i alle. For eksempel er det mulig å lansere en magnetohydrodynamisk generator på fast brensel som fossile forbrenningsprodukter. Også som kildeenergi, alkalimetalldamp og deres tofaseblandinger med flytende metaller brukes. I henhold til varigheten av driften er MHD-generatorer delt inn i langsiktige og kortsiktige, og sistnevnte - i pulserende og eksplosive. Varmekilder inkluderer atomreaktorer, varmevekslere og jetmotorer.

I tillegg er det også en klassifisering etter type arbeidssyklus. Her skjer inndelingen kun i to hovedtyper. Åpen syklusgeneratorer har en arbeidsvæske blandet med tilsetningsstoffer. Forbrenningsproduktene går gjennom arbeidskammeret, hvor de renses for urenheter i prosessen og slippes ut i atmosfæren. I en lukket syklus kommer arbeidsvæsken inn i varmeveksleren og kommer først da inn i generatorkammeret. Deretter venter forbrenningsproduktene på kompressoren, som fullfører syklusen. Deretter går arbeidsvæsken tilbake til første trinn i varmeveksleren.

Hovedfunksjoner

Hvis spørsmålet om hva som produserer en magnetohydrodynamisk generator kan anses som fullt dekket, bør de viktigste tekniske parametrene til slike enheter presenteres. Den første av disse av betydning er sannsynligvis makt. Det er proporsjon alt med ledningsevnen til arbeidsfluidet, så vel som kvadratene på magnetfeltstyrken og hastigheten. Hvis arbeidsfluidet er et plasma med en temperatur på ca. 2-3 tusen Kelvin, er ledningsevnen proporsjonal med den i 11-13 grader og omvendt proporsjonal med kvadratroten av trykket.

Du bør også oppgi data om strømningshastighet ogmagnetisk feltinduksjon. Den første av disse egenskapene varierer ganske mye, alt fra subsoniske hastigheter til hypersoniske hastigheter opp til 1900 meter per sekund. Når det gjelder induksjon av magnetfeltet, avhenger det av utformingen av magnetene. Hvis de er laget av stål, vil den øvre stangen bli satt til rundt 2 T. For et system som består av superledende magneter, stiger denne verdien til 6-8 T.

Applikasjon av MHD-generatorer

Vid bruk av slike enheter i dag er ikke observert. Likevel er det teoretisk mulig å bygge kraftverk med magnetohydrodynamiske generatorer. Det er tre gyldige varianter tot alt:

1. Fusjonskraftverk. De bruker en nøytronfri syklus med en MHD-generator. Det er vanlig å bruke plasma ved høye temperaturer som drivstoff.
2. Varmekraftverk. En åpen type syklus brukes, og selve installasjonene er ganske enkle når det gjelder designfunksjoner. Det er dette alternativet som fortsatt har utviklingsmuligheter.
3. Atomkraftverk. Arbeidsvæsken i dette tilfellet er en inert gass. Den varmes opp i en atomreaktor i en lukket syklus. Det har også muligheter for utvikling. Muligheten for anvendelse avhenger imidlertid av fremveksten av atomreaktorer med en arbeidsvæsketemperatur over 2 tusen Kelvin.

Device Perspective

Relevansen til magnetohydrodynamiske generatorer avhenger av en rekke faktorer ogproblemer fortsatt uløst. Et eksempel er evnen til slike enheter kun å generere likestrøm, noe som betyr at det for vedlikehold er nødvendig å designe tilstrekkelig kraftige og dessuten økonomiske omformere.

Et annet synlig problem er mangelen på nødvendige materialer som kan fungere i tilstrekkelig lang tid under forhold med drivstoffoppvarming til ekstreme temperaturer. Det samme gjelder elektrodene som brukes i slike generatorer.

Annen bruk

I tillegg til å fungere i hjertet av kraftverk, kan disse enhetene fungere i spesielle kraftverk, noe som vil være svært nyttig for kjernekraft. Bruk av en magnetohydrodynamisk generator er også tillatt i hypersoniske flysystemer, men foreløpig er det ikke observert fremgang på dette området.