Magnetohydrodynamisk generator: enhed, funktionsprincip og formål

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Ikke alle alternative energikilder på planeten Jorden er blevet undersøgt og anvendt med succes indtil videre. Ikke desto mindre udvikler menneskeheden sig aktivt i denne retning og finder nye muligheder. En af dem var at få energi fra elektrolytten, som er i et magnetfelt.

Designet effekt og navnets oprindelse

De første værker på dette område tilskrives Faraday, som arbejdede under laboratorieforhold så tidligt som i 1832. Han undersøgte den såkaldte magnetohydrodynamiske effekt, eller rettere, han ledte efter en elektromagnetisk drivkraft og forsøgte at anvende den med succes. Strømmen af Themsen blev brugt som energikilde. Sammen med navnet på effekten fik installationen også sit navn - en magnetohydrodynamisk generator.

Denne MHD-enhed konverterer en direkteform for energi til en anden, nemlig mekanisk til elektrisk. Funktionerne ved en sådan proces og beskrivelsen af princippet om dens drift som helhed er beskrevet detaljeret i magnetohydrodynamik. Selve generatoren blev opkaldt efter denne disciplin.

Beskrivelse af effekthandling

Først og fremmest bør du forstå, hvad der sker under driften af enheden. Dette er den eneste måde at forstå princippet om den magnetohydrodynamiske generator i aktion. Effekten er baseret på udseendet af et elektrisk felt og selvfølgelig en elektrisk strøm i elektrolytten. Sidstnævnte er repræsenteret af forskellige medier, for eksempel flydende metal, plasma (gas) eller vand. Ud fra dette kan vi konkludere, at driftsprincippet er baseret på elektromagnetisk induktion, som bruger et magnetfelt til at generere elektricitet.

Det viser sig, at lederen skal skære hinanden med kraftlinjerne. Dette er igen en obligatorisk betingelse for, at strømme af ioner med modsatte ladninger i forhold til de bevægelige partikler begynder at dukke op inde i enheden. Det er også vigtigt at bemærke opførselen af feltlinjerne. Det magnetiske felt, der er bygget af dem, bevæger sig inde i selve lederen i den modsatte retning fra den, hvor ionladningerne er placeret.

Definition og historie af MHD-generatoren

Installationen er en enhed til at konvertere termisk energi til elektrisk energi. Det anvender ovenstående fuldt udEffekt. Samtidig blev magnetohydrodynamiske generatorer på et tidspunkt anset for at være en ret innovativ og banebrydende idé, hvis konstruktion af de første prøver optog hovedet hos førende videnskabsmænd i det tyvende århundrede. Snart løb midlerne til sådanne projekter op af årsager, der ikke er helt klare. De første eksperimentelle installationer er allerede blevet opført, men deres brug er opgivet.

De allerførste designs af magnetodynamiske generatorer blev beskrevet tilbage i 1907-910, men de kunne ikke skabes på grund af en række modstridende fysiske og arkitektoniske træk. Som et eksempel kan vi nævne, at der endnu ikke er skabt materialer, der kunne fungere norm alt ved driftstemperaturer på 2500-3000 grader Celsius i et gasformigt miljø. Det var meningen, at den russiske model skulle optræde i en specialbygget MGDES i byen Novomichurinsk, som er beliggende i Ryazan-regionen i umiddelbar nærhed af statens distriktskraftværk. Projektet blev aflyst i begyndelsen af 1990'erne.

Sådan fungerer enheden

Designet og funktionsprincippet for magnetohydrodynamiske generatorer gentager for det meste dem for almindelige maskinvarianter. Grundlaget er effekten af elektromagnetisk induktion, hvilket betyder, at der opstår en strøm i lederen. Dette skyldes det faktum, at sidstnævnte krydser magnetfeltlinjerne inde i enheden. Der er dog én forskel mellem maskin- og MHD-generatorer. Det ligger i, at for magnetohydrodynamiske varianter somlederen bruges direkte af arbejdsorganet selv.

Handlingen er også baseret på ladede partikler, som påvirkes af Lorentz-kraften. Bevægelsen af arbejdsvæsken sker på tværs af magnetfeltet. På grund af dette er der strømme af ladningsbærere med nøjagtig modsatte retninger. På dannelsesstadiet brugte MHD-generatorer hovedsageligt elektrisk ledende væsker eller elektrolytter. Det var dem, der var selve den arbejdende krop. Moderne variationer er skiftet til plasma. Ladningsbærerne for de nye maskiner er positive ioner og frie elektroner.

Design af MHD-generatorer

Den første knude på enheden kaldes den kanal, som arbejdsvæsken bevæger sig igennem. På nuværende tidspunkt bruger magnetohydrodynamiske generatorer hovedsageligt plasma som hovedmediet. Den næste knude er et system af magneter, der er ansvarlige for at skabe et magnetfelt og elektroder til at aflede den energi, der vil blive modtaget under arbejdsprocessen. Kilderne kan dog være anderledes. Både elektromagneter og permanente magneter kan bruges i systemet.

Dernæst leder gassen elektricitet og varmes op til den termiske ioniseringstemperatur, som er cirka 10.000 Kelvin. Efter denne indikator skal reduceres. Temperaturbjælken falder til 2, 2-2, 7 tusinde Kelvin på grund af det faktum, at specielle tilsætningsstoffer med alkalimetaller tilsættes arbejdsmiljøet. Ellers er plasmaet ikke tilstrækkeligtgrad effektiv, fordi værdien af dens elektriske ledningsevne bliver meget lavere end værdien af det samme vand.

Typisk enhedscyklus

Andre knudepunkter, der udgør designet af den magnetohydrodynamiske generator, er bedst angivet sammen med en beskrivelse af de funktionelle processer i den rækkefølge, de forekommer i.

1. Forbrændingskammeret modtager det brændstof, der er fyldt i det. Oxidationsmidler og forskellige tilsætningsstoffer er også tilsat.
2. Brændstoffet begynder at brænde, hvilket tillader gas at dannes som et produkt af forbrænding.
3. Dernæst aktiveres generatordysen. Gasser passerer gennem den, hvorefter de udvider sig, og deres hastighed stiger til lydens hastighed.
4. Handlingen kommer til et kammer, der sender et magnetfelt gennem sig selv. På dens vægge er specielle elektroder. Det er her, gasserne kommer ind på dette trin af cyklussen.
5. Så afviger den arbejdende krop under påvirkning af ladede partikler fra sin primære bane. Den nye retning er præcis, hvor elektroderne er.
6. Den sidste fase. En elektrisk strøm genereres mellem elektroderne. Det er her, cyklussen slutter.

Hovedklassifikationer

Der er mange muligheder for den færdige enhed, men funktionsprincippet vil stort set være det samme i enhver af dem. For eksempel er det muligt at lancere en magnetohydrodynamisk generator på fast brændsel som fossile forbrændingsprodukter. Også som kildeenergi, alkalimetaldampe og deres tofasede blandinger med flydende metaller anvendes. I henhold til driftens varighed er MHD-generatorer opdelt i langsigtede og kortsigtede, og sidstnævnte - i pulserende og eksplosive. Varmekilder omfatter atomreaktorer, varmevekslere og jetmotorer.

Derudover er der også en klassificering efter typen af arbejdscyklus. Her sker opdelingen kun i to hovedtyper. Open cycle generatorer har en arbejdsvæske blandet med additiver. Forbrændingsprodukterne går gennem arbejdskammeret, hvor de renses for urenheder i processen og frigives til atmosfæren. I en lukket cyklus kommer arbejdsvæsken ind i varmeveksleren og kommer først derefter ind i generatorkammeret. Dernæst venter forbrændingsprodukterne på kompressoren, som fuldender cyklussen. Derefter vender arbejdsvæsken tilbage til det første trin i varmeveksleren.

Vigtigste funktioner

Hvis spørgsmålet om, hvad der producerer en magnetohydrodynamisk generator, kan betragtes som fuldt dækket, skal de vigtigste tekniske parametre for sådanne enheder præsenteres. Den første af disse af betydning er sandsynligvis magt. Den er proportional med arbejdsvæskens ledningsevne såvel som kvadraterne af magnetfeltstyrken og dens hastighed. Hvis arbejdsvæsken er et plasma med en temperatur på omkring 2-3 tusinde Kelvin, så er ledningsevnen proportional med den i 11-13 grader og omvendt proportional med kvadratroden af trykket.

Du skal også give data om flowhastigheden ogmagnetisk feltinduktion. Den første af disse karakteristika varierer ret meget, lige fra subsoniske hastigheder til hypersoniske hastigheder op til 1900 meter i sekundet. Hvad angår induktionen af magnetfeltet, afhænger det af magneternes design. Hvis de er lavet af stål, vil den øverste stang være indstillet til omkring 2 T. For et system, der består af superledende magneter, stiger denne værdi til 6-8 T.

Anvendelse af MHD-generatorer

Udbredt brug af sådanne enheder i dag observeres ikke. Ikke desto mindre er det teoretisk muligt at bygge kraftværker med magnetohydrodynamiske generatorer. Der er tre gyldige varianter i alt:

1. Fusionskraftværker. De bruger en neutronfri cyklus med en MHD-generator. Det er sædvanligt at bruge plasma ved høje temperaturer som brændstof.
2. Termiske kraftværker. Der anvendes en åben type cyklus, og selve installationerne er ret enkle med hensyn til designfunktioner. Det er denne mulighed, der stadig har udsigter til udvikling.
3. Atomkraftværker. Arbejdsvæsken er i dette tilfælde en inert gas. Det opvarmes i en atomreaktor i et lukket kredsløb. Det har også udsigter til udvikling. Muligheden for anvendelse afhænger dog af fremkomsten af atomreaktorer med en arbejdsvæsketemperatur på over 2 tusinde Kelvin.

Device Perspective

Relevansen af magnetohydrodynamiske generatorer afhænger af en række faktorer ogproblemer stadig uløste. Et eksempel er sådanne enheders evne til kun at generere jævnstrøm, hvilket betyder, at det for deres vedligeholdelse er nødvendigt at designe tilstrækkeligt kraftige og desuden økonomiske invertere.

Et andet synligt problem er manglen på nødvendige materialer, der kunne fungere i tilstrækkelig lang tid under forhold med brændstofopvarmning til ekstreme temperaturer. Det samme gælder for elektroderne, der bruges i sådanne generatorer.

Anden anvendelse

Ud over at fungere i hjertet af kraftværker, er disse enheder i stand til at arbejde i specielle kraftværker, som ville være meget nyttige til atomenergi. Brugen af en magnetohydrodynamisk generator er også tilladt i hypersoniske flysystemer, men indtil videre er der ikke observeret fremskridt på dette område.