Magnetohidrodinaminis generatorius: įrenginys, veikimo principas ir paskirtis

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Ne visi alternatyvūs energijos š altiniai Žemės planetoje iki šiol buvo ištirti ir sėkmingai pritaikyti. Nepaisant to, žmonija aktyviai vystosi šia kryptimi ir ieško naujų galimybių. Vienas iš jų buvo gauti energiją iš elektrolito, esančio magnetiniame lauke.

Sukurtas efektas ir pavadinimo kilmė

Pirmieji šios srities darbai priskiriami Faraday'ui, kuris laboratorinėmis sąlygomis dirbo dar 1832 m. Jis tyrė vadinamąjį magnetohidrodinaminį efektą, tiksliau, ieškojo elektromagnetinės varomosios jėgos ir bandė ją sėkmingai pritaikyti. Temzės upės srovė buvo naudojama kaip energijos š altinis. Kartu su efekto pavadinimu, įrenginys gavo ir pavadinimą – magnetohidrodinaminis generatorius.

Šis MHD įrenginys tiesiogiai konvertuoja vienąenergijos forma į kitą, būtent mechaninė į elektrinę. Tokio proceso ypatybės ir viso jo veikimo principo aprašymas detaliai aprašyti magnetohidrodinamikoje. Pats generatorius buvo pavadintas šios disciplinos vardu.

Poveikio veiksmo aprašymas

Visų pirma turėtumėte suprasti, kas vyksta įrenginio veikimo metu. Tik taip galima suprasti veikiančio magnetohidrodinaminio generatoriaus principą. Poveikis pagrįstas elektrinio lauko atsiradimu ir, žinoma, elektros srove elektrolite. Pastarąjį vaizduoja įvairios terpės, pavyzdžiui, skystas metalas, plazma (dujos) ar vanduo. Iš to galime daryti išvadą, kad veikimo principas pagrįstas elektromagnetine indukcija, kuri naudoja magnetinį lauką elektrai generuoti.

Pasirodo, kad laidininkas turi susikirsti su jėgos lauko linijomis. Tai, savo ruožtu, yra privaloma sąlyga, kad prietaiso viduje pradėtų atsirasti priešingų krūvių, palyginti su judančiomis dalelėmis, srautai. Taip pat svarbu atkreipti dėmesį į lauko linijų elgesį. Iš jų sukurtas magnetinis laukas juda pačiame laidininke priešinga kryptimi nei ta, kurioje yra jonų krūviai.

MHD generatoriaus apibrėžimas ir istorija

Įrenginys yra įrenginys, skirtas šiluminei energijai paversti elektros energija. Tai visiškai taikoma aukščiauEfektas. Tuo pačiu metu magnetohidrodinaminiai generatoriai vienu metu buvo laikomi gana novatoriška ir proveržio idėja, kurios pirmųjų pavyzdžių konstravimas užėmė pirmaujančių XX amžiaus mokslininkų mintis. Netrukus finansavimas tokiems projektams baigėsi dėl ne visai aiškių priežasčių. Pirmosios eksperimentinės instaliacijos jau pastatytos, bet jų nebenaudoti.

Patys pirmieji magnetodinaminių generatorių dizainai buvo aprašyti dar 1907–1910 m., tačiau jų nepavyko sukurti dėl daugybės prieštaringų fizinių ir architektūrinių savybių. Kaip pavyzdį galime paminėti tai, kad dar nesukurtos medžiagos, kurios galėtų normaliai funkcionuoti esant 2500-3000 laipsnių Celsijaus darbo temperatūrai dujinėje aplinkoje. Rusiškas modelis turėjo pasirodyti specialiai pastatytame MGDES Novomičurinsko mieste, kuris yra Riazanės regione, netoli valstybinės rajono elektrinės. Projektas buvo atšauktas dešimtojo dešimtmečio pradžioje.

Kaip veikia įrenginys

Magnetohidrodinaminių generatorių konstrukcija ir veikimo principas dažniausiai kartoja įprastų mašinų variantų. Pagrindas yra elektromagnetinės indukcijos poveikis, o tai reiškia, kad laidininke atsiranda srovė. Taip yra dėl to, kad pastarasis kerta magnetinio lauko linijas įrenginio viduje. Tačiau yra vienas skirtumas tarp mašinų ir MHD generatorių. Tai slypi tame, kad magnetohidrodinaminiams variantams kaiplaidininką tiesiogiai naudoja pats darbo organas.

Veiksmas taip pat pagrįstas įkrautomis dalelėmis, kurias veikia Lorenco jėga. Darbinio skysčio judėjimas vyksta per magnetinį lauką. Dėl šios priežasties atsiranda lygiai priešingų krypčių krūvininkų srautai. Formavimosi stadijoje MHD generatoriai daugiausia naudojo elektrai laidžius skysčius arba elektrolitus. Būtent jie buvo pats darbštus organas. Šiuolaikiniai variantai perėjo prie plazmos. Naujų mašinų krūvininkai yra teigiami jonai ir laisvieji elektronai.

MHD generatorių dizainas

Pirmasis įrenginio mazgas vadinamas kanalu, kuriuo juda darbinis skystis. Šiuo metu magnetohidrodinaminiai generatoriai daugiausia naudoja plazmą kaip pagrindinę terpę. Kitas mazgas yra magnetų sistema, kuri yra atsakinga už magnetinio lauko sukūrimą ir elektrodų, kurie nukreiptų energiją, kuri bus gaunama darbo proceso metu. Tačiau š altiniai gali būti skirtingi. Sistemoje gali būti naudojami ir elektromagnetai, ir nuolatiniai magnetai.

Toliau dujos praleidžia elektrą ir įkaista iki šiluminės jonizacijos temperatūros, kuri yra maždaug 10 000 kelvinų. Po šio rodiklio reikia sumažinti. Temperatūros juosta nukrenta iki 2, 2-2, 7 tūkstančių Kelvinų dėl to, kad į darbo aplinką pridedami specialūs priedai su šarminiais metalais. Priešingu atveju plazmos nepakankaefektyvumo laipsnis, nes jo elektrinio laidumo vertė tampa daug mažesnė nei to paties vandens.

Tipinis įrenginio ciklas

Kiti mazgai, sudarantys magnetohidrodinaminio generatoriaus konstrukciją, yra geriausiai išvardyti kartu su funkcinių procesų aprašymu tokia seka, kuria jie vyksta.

1. Į degimo kamerą patenka į ją įpiltas kuras. Taip pat pridedama oksidatorių ir įvairių priedų.
2. Degalai pradeda degti, todėl dujos susidaro kaip degimo produktas.
3. Toliau suaktyvinamas generatoriaus antgalis. Dujos praeina pro ją, po to plečiasi, o jų greitis didėja iki garso greičio.
4. Veiksmas ateina į kamerą, kuri per save praleidžia magnetinį lauką. Ant jo sienų yra specialūs elektrodai. Čia šiame ciklo etape patenka dujos.
5. Tada darbinis kūnas, veikiamas įkrautų dalelių, nukrypsta nuo savo pirminės trajektorijos. Nauja kryptis yra būtent ten, kur yra elektrodai.
6. Paskutinis etapas. Tarp elektrodų susidaro elektros srovė. Čia ciklas baigiasi.

Pagrindinės klasifikacijos

Pagamintam įrenginiui yra daug parinkčių, tačiau bet kurio iš jų veikimo principas bus beveik toks pat. Pavyzdžiui, galima paleisti magnetohidrodinaminį generatorių naudojant kietąjį kurą, pavyzdžiui, iškastinio kuro degimo produktus. Taip pat kaip š altinisenergija, naudojami šarminių metalų garai ir jų dvifaziai mišiniai su skystaisiais metalais. Pagal veikimo trukmę MHD generatoriai skirstomi į ilgalaikius ir trumpalaikius, o pastarieji – į impulsinius ir sprogstamuosius. Šilumos š altiniai yra branduoliniai reaktoriai, šilumokaičiai ir reaktyviniai varikliai.

Be to, yra klasifikacija pagal darbo ciklo tipą. Čia skirstymas vyksta tik į du pagrindinius tipus. Atviro ciklo generatoriuose yra darbinis skystis, sumaišytas su priedais. Degimo produktai patenka per darbo kamerą, kur proceso metu išvalomi nuo priemaišų ir išleidžiami į atmosferą. Uždarame cikle darbinis skystis patenka į šilumokaitį ir tik tada patenka į generatoriaus kamerą. Toliau degimo produktai laukia kompresoriaus, kuris užbaigia ciklą. Po to darbinis skystis grįžta į pirmąją šilumokaičio pakopą.

Pagrindinės funkcijos

Jei klausimas, kas gamina magnetohidrodinaminį generatorių, gali būti laikomas visiškai apimtu, tuomet reikėtų pateikti pagrindinius tokių įrenginių techninius parametrus. Pirmasis iš jų, ko gero, yra galia. Jis yra proporcingas darbinio skysčio laidumui, taip pat magnetinio lauko stiprio ir jo greičio kvadratams. Jei darbinis skystis yra plazma, kurios temperatūra yra apie 2-3 tūkst. Kelvinų, tai laidumas jai yra proporcingas 11-13 laipsnių ir atvirkščiai proporcingas slėgio kvadratinei šaknei.

Taip pat turėtumėte pateikti duomenis apie srautą irmagnetinio lauko indukcija. Pirmoji iš šių charakteristikų skiriasi gana plačiai – nuo ikigarsinio greičio iki hipergarsinio greičio iki 1900 metrų per sekundę. Kalbant apie magnetinio lauko indukciją, tai priklauso nuo magnetų konstrukcijos. Jei jie pagaminti iš plieno, tada viršutinė juosta bus nustatyta maždaug 2 T. Sistemoje, kurią sudaro superlaidieji magnetai, ši vertė padidėja iki 6–8 T.

MHD generatorių taikymas

Šiandien tokie prietaisai plačiai naudojami. Nepaisant to, teoriškai įmanoma statyti elektrines su magnetohidrodinaminiais generatoriais. Iš viso yra trys galiojantys variantai:

1. Siūlių sintezės jėgainės. Jie naudoja neutronų ciklą su MHD generatoriumi. Aukštoje temperatūroje kaip kurą įprasta naudoti plazmą.
2. Šiluminės elektrinės. Naudojamas atviro tipo ciklas, o pačios instaliacijos yra gana paprastos dizaino ypatybių požiūriu. Ši parinktis vis dar turi plėtros perspektyvų.
3. Atominės elektrinės. Darbinis skystis šiuo atveju yra inertinės dujos. Jis kaitinamas branduoliniame reaktoriuje uždaru ciklu. Ji taip pat turi plėtros perspektyvų. Tačiau taikymo galimybė priklauso nuo branduolinių reaktorių, kurių darbinio skysčio temperatūra viršija 2 tūkst. Kelvinų, atsiradimo.

Įrenginio perspektyva

Magnetohidrodinaminių generatorių aktualumas priklauso nuo daugelio veiksnių irproblemos vis dar neišspręstos. Pavyzdys – tokių įrenginių galimybė generuoti tik nuolatinę srovę, o tai reiškia, kad jų priežiūrai būtina suprojektuoti pakankamai galingus ir, be to, ekonomiškus inverterius.

Kita matoma problema – trūksta reikalingų medžiagų, kurios galėtų pakankamai ilgai veikti kuro kaitinimo iki ekstremalių temperatūrų sąlygomis. Tas pats pasakytina ir apie tokiuose generatoriuose naudojamus elektrodus.

Kita paskirtis

Šie įrenginiai veikia ne tik elektrinių širdyje, bet ir specialiose elektrinėse, o tai būtų labai naudinga branduolinei energijai. Magnetohidrodinaminį generatorių taip pat leidžiama naudoti hipergarsinėse orlaivių sistemose, tačiau iki šiol šioje srityje nepastebėta jokios pažangos.