Magnetohydrodynamisk generator: enhet, funktionsprincip och syfte

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Inte alla alternativa energikällor på planeten jorden har studerats och tillämpats framgångsrikt hittills. Ändå utvecklas mänskligheten aktivt i denna riktning och hittar nya alternativ. En av dem var att få energi från elektrolyten, som finns i ett magnetfält.

Designad effekt och namnets ursprung

De första verken inom detta område tillskrivs Faraday, som arbetade under laboratorieförhållanden redan 1832. Han undersökte den så kallade magnetohydrodynamiska effekten, eller snarare, han letade efter en elektromagnetisk drivkraft och försökte med framgång tillämpa den. Strömmen i Themsen användes som energikälla. Tillsammans med namnet på effekten fick installationen också sitt namn - en magnetohydrodynamisk generator.

Denna MHD-enhet konverterar en direktform av energi till en annan, nämligen mekanisk till elektrisk. Funktionerna hos en sådan process och beskrivningen av principen för dess funktion som helhet beskrivs i detalj i magnetohydrodynamik. Själva generatorn fick sitt namn efter denna disciplin.

Beskrivning av effektåtgärd

Först och främst bör du förstå vad som händer under driften av enheten. Detta är det enda sättet att förstå principen för den magnetohydrodynamiska generatorn i funktion. Effekten är baserad på utseendet av ett elektriskt fält och, naturligtvis, en elektrisk ström i elektrolyten. Det senare representeras av olika medier, till exempel flytande metall, plasma (gas) eller vatten. Av detta kan vi dra slutsatsen att driftprincipen är baserad på elektromagnetisk induktion, som använder ett magnetfält för att generera elektricitet.

Det visar sig att ledaren måste skära fältkraftslinjerna. Detta är i sin tur ett obligatoriskt villkor för att flöden av joner med motsatta laddningar i förhållande till de rörliga partiklarna ska börja dyka upp inuti enheten. Det är också viktigt att notera fältlinjernas beteende. Magnetfältet som byggs upp av dem rör sig inuti själva ledaren i motsatt riktning från den där jonladdningarna finns.

Definition och historik för MHD-generatorn

Installationen är en anordning för att omvandla termisk energi till elektrisk energi. Den tillämpar till fullo ovanståendeEffekt. Samtidigt ansågs magnetohydrodynamiska generatorer vid en tidpunkt vara en ganska innovativ och banbrytande idé, vars konstruktion av de första proverna upptog medvetandet hos ledande forskare under 1900-talet. Snart tog finansieringen av sådana projekt slut av skäl som inte är helt klara. De första experimentanläggningarna har redan uppförts, men användningen av dem har övergetts.

De allra första designerna av magnetodynamiska generatorer beskrevs redan 1907-910, men de kunde inte skapas på grund av ett antal motsägelsefulla fysiska och arkitektoniska egenskaper. Som ett exempel kan vi nämna det faktum att det ännu inte har skapats material som skulle kunna fungera norm alt vid driftstemperaturer på 2500-3000 grader Celsius i en gasformig miljö. Den ryska modellen var tänkt att dyka upp i en specialbyggd MGDES i staden Novomichurinsk, som ligger i Ryazan-regionen i närheten av statens kraftverk. Projektet lades ner i början av 1990-talet.

Hur enheten fungerar

Konstruktionen och funktionsprincipen för magnetohydrodynamiska generatorer upprepar för det mesta de för vanliga maskinvarianter. Grunden är effekten av elektromagnetisk induktion, vilket innebär att en ström uppstår i ledaren. Detta beror på det faktum att den senare korsar magnetfältslinjerna inuti enheten. Det finns dock en skillnad mellan maskin- och MHD-generatorer. Det ligger i det faktum att för magnetohydrodynamiska varianter somledaren används direkt av arbetsorganet själv.

Aktionen är också baserad på laddade partiklar, som påverkas av Lorentz-kraften. Rörelsen av arbetsvätskan sker över magnetfältet. På grund av detta finns det flöden av laddningsbärare med exakt motsatta riktningar. Vid bildningsstadiet använde MHD-generatorer huvudsakligen elektriskt ledande vätskor eller elektrolyter. Det var de som var själva arbetskroppen. Moderna varianter har gått över till plasma. Laddningsbärarna för de nya maskinerna är positiva joner och fria elektroner.

Design av MHD-generatorer

Den första noden på enheten kallas kanalen genom vilken arbetsvätskan rör sig. För närvarande använder magnetohydrodynamiska generatorer huvudsakligen plasma som huvudmedium. Nästa nod är ett system av magneter som är ansvariga för att skapa ett magnetfält och elektroder för att avleda energin som kommer att tas emot under arbetsprocessen. Däremot kan källorna vara olika. Både elektromagneter och permanentmagneter kan användas i systemet.

Närnäst leder gasen elektricitet och värms upp till den termiska joniseringstemperaturen, som är cirka 10 000 Kelvin. Efter denna indikator måste minskas. Temperaturstången sjunker till 2, 2-2, 7 tusen Kelvin på grund av att speciella tillsatser med alkalimetaller läggs till arbetsmiljön. Annars är plasman inte tillräckliggrad effektiv, eftersom värdet på dess elektriska ledningsförmåga blir mycket lägre än för samma vatten.

Typisk enhetscykel

Andra noder som utgör designen av den magnetohydrodynamiska generatorn listas bäst tillsammans med en beskrivning av de funktionella processerna i den sekvens de inträffar i.

1. Förbränningskammaren tar emot bränslet som laddas in i den. Oxidationsmedel och olika tillsatser tillsätts också.
2. Bränslet börjar brinna, vilket gör att gas kan bildas som en produkt av förbränning.
3. Närnäst aktiveras generatormunstycket. Gaser passerar genom den, varefter de expanderar, och deras hastighet ökar till ljudets hastighet.
4. Handlingen kommer till en kammare som passerar ett magnetfält genom sig själv. På dess väggar finns speciella elektroder. Det är här gaserna kommer in i detta skede av cykeln.
5. Då avviker den arbetande kroppen under påverkan av laddade partiklar från sin primära bana. Den nya riktningen är exakt där elektroderna är.
6. Det sista steget. En elektrisk ström genereras mellan elektroderna. Det är här cykeln slutar.

Huvudklassificeringar

Det finns många alternativ för den färdiga enheten, men funktionsprincipen kommer att vara praktiskt taget densamma i vilken som helst av dem. Till exempel är det möjligt att lansera en magnetohydrodynamisk generator på fast bränsle som fossila förbränningsprodukter. Även som källaenergi, alkalimetallångor och deras tvåfasblandningar med flytande metaller används. Beroende på varaktigheten av driften är MHD-generatorer indelade i långsiktiga och kortsiktiga, och den senare - i pulserande och explosiva. Värmekällor inkluderar kärnreaktorer, värmeväxlare och jetmotorer.

Dessutom finns det också en klassificering efter typ av arbetscykel. Här sker uppdelningen endast i två huvudtyper. Generatorer med öppen cykel har en arbetsvätska blandad med tillsatser. Förbränningsprodukterna går genom arbetskammaren, där de renas från föroreningar i processen och släpps ut i atmosfären. I en sluten cykel kommer arbetsvätskan in i värmeväxlaren och kommer först då in i generatorkammaren. Därefter väntar förbränningsprodukterna på kompressorn, som avslutar cykeln. Därefter återgår arbetsvätskan till det första steget i värmeväxlaren.

Huvudegenskaper

Om frågan om vad som producerar en magnetohydrodynamisk generator kan anses vara helt täckt, bör de viktigaste tekniska parametrarna för sådana enheter presenteras. Den första av dessa i betydelse är förmodligen makt. Den är proportionell mot arbetsvätskans ledningsförmåga, såväl som kvadraterna på magnetfältets styrka och dess hastighet. Om arbetsvätskan är ett plasma med en temperatur på cirka 2-3 tusen Kelvin, är konduktiviteten proportionell mot den i 11-13 grader och omvänt proportionell mot kvadratroten av trycket.

Du bör också tillhandahålla data om flödeshastigheten ochmagnetfältsinduktion. Den första av dessa egenskaper varierar ganska mycket, allt från subsoniska hastigheter till hypersoniska hastigheter upp till 1900 meter per sekund. När det gäller induktionen av magnetfältet beror det på magneternas design. Om de är gjorda av stål kommer den övre stången att ställas in på cirka 2 T. För ett system som består av supraledande magneter stiger detta värde till 6-8 T.

Applicering av MHD-generatorer

Vid användning av sådana enheter idag observeras inte. Trots det är det teoretiskt möjligt att bygga kraftverk med magnetohydrodynamiska generatorer. Det finns tre giltiga varianter tot alt:

1. Fusionskraftverk. De använder en neutronfri cykel med en MHD-generator. Det är vanligt att använda plasma vid höga temperaturer som bränsle.
2. Värmekraftverk. En öppen typ av cykel används, och själva installationerna är ganska enkla när det gäller designegenskaper. Det är detta alternativ som fortfarande har utvecklingsmöjligheter.
3. Kärnkraftverk. Arbetsvätskan i detta fall är en inert gas. Den värms upp i en kärnreaktor i en sluten cykel. Det har också möjligheter till utveckling. Möjligheten till tillämpning beror dock på uppkomsten av kärnreaktorer med en arbetsvätsketemperatur över 2 tusen Kelvin.

Device Perspective

Relevansen av magnetohydrodynamiska generatorer beror på ett antal faktorer ochproblem fortfarande olösta. Ett exempel är förmågan hos sådana enheter att generera enbart likström, vilket innebär att det för deras underhåll är nödvändigt att designa tillräckligt kraftfulla och dessutom ekonomiska växelriktare.

Ett annat synligt problem är bristen på nödvändiga material som skulle kunna fungera tillräckligt länge under förhållanden med bränsleuppvärmning till extrema temperaturer. Detsamma gäller elektroderna som används i sådana generatorer.

Andra användningsområden

Förutom att de fungerar i hjärtat av kraftverk kan dessa enheter fungera i speciella kraftverk, vilket skulle vara mycket användbart för kärnkraft. Användningen av en magnetohydrodynamisk generator är också tillåten i hypersoniska flygplanssystem, men hittills har inga framsteg observerats på detta område.