Generator magnetohidrodinamic: dispozitiv, principiu de funcționare și scop

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Nu toate sursele alternative de energie de pe planeta Pământ au fost studiate și aplicate cu succes până acum. Cu toate acestea, umanitatea se dezvoltă activ în această direcție și găsește noi opțiuni. Una dintre ele a fost să obțină energie din electrolit, care se află într-un câmp magnetic.

Efectul proiectat și originea numelui

Primele lucrări în acest domeniu sunt atribuite lui Faraday, care a lucrat în condiții de laborator încă din 1832. A investigat așa-numitul efect magnetohidrodinamic, sau mai degrabă, a căutat o forță motrice electromagnetică și a încercat să o aplice cu succes. Curentul râului Tamisa a fost folosit ca sursă de energie. Alături de numele efectului, instalația și-a primit și numele - un generator magnetohidrodinamic.

Acest dispozitiv MHD convertește direct unulformă de energie în alta, și anume mecanică în electrică. Caracteristicile unui astfel de proces și descrierea principiului funcționării acestuia în ansamblu sunt descrise în detaliu în magnetohidrodinamică. Generatorul în sine a fost numit după această disciplină.

Descrierea acțiunii efect

În primul rând, ar trebui să înțelegeți ce se întâmplă în timpul funcționării dispozitivului. Acesta este singurul mod de a înțelege principiul generatorului magnetohidrodinamic în acțiune. Efectul se bazează pe apariția unui câmp electric și, desigur, a unui curent electric în electrolit. Acesta din urmă este reprezentat de diverse medii, de exemplu, metal lichid, plasmă (gaz) sau apă. Din aceasta putem concluziona că principiul de funcționare se bazează pe inducția electromagnetică, care folosește un câmp magnetic pentru a genera electricitate.

Se pare că conductorul trebuie să se intersecteze cu liniile câmpului de forță. Aceasta, la rândul său, este o condiție obligatorie pentru ca fluxurile de ioni cu sarcini opuse față de particulele în mișcare să înceapă să apară în interiorul dispozitivului. De asemenea, este important de remarcat comportamentul liniilor de câmp. Câmpul magnetic construit din ele se deplasează în interiorul conductorului însuși în direcția opusă celei în care se află sarcinile ionice.

Definiția și istoricul generatorului MHD

Instalația este un dispozitiv pentru transformarea energiei termice în energie electrică. Se aplică pe deplin cele de mai susEfect. În același timp, generatoarele magnetohidrodinamice au fost considerate la un moment dat a fi o idee destul de inovatoare și inovatoare, a cărei construcție a primelor mostre a ocupat mințile oamenilor de știință de seamă ai secolului XX. În curând, finanțarea pentru astfel de proiecte s-a epuizat din motive care nu sunt în întregime clare. Primele instalații experimentale au fost deja ridicate, dar utilizarea lor a fost abandonată.

Primele modele de generatoare magnetodinamice au fost descrise încă din 1907-910, cu toate acestea, nu au putut fi create din cauza unui număr de caracteristici fizice și arhitecturale contradictorii. Ca exemplu, putem cita faptul că încă nu au fost create materiale care să poată funcționa normal la temperaturi de funcționare de 2500-3000 de grade Celsius în mediu gazos. Modelul rus trebuia să apară într-un MGDES special construit în orașul Novomichurinsk, care este situat în regiunea Ryazan, în imediata apropiere a centralei electrice din districtul de stat. Proiectul a fost anulat la începutul anilor 1990.

Cum funcționează dispozitivul

Proiectarea și principiul de funcționare a generatoarelor magnetohidrodinamice le repetă în cea mai mare parte pe cele ale variantelor de mașini obișnuite. Baza este efectul inducției electromagnetice, ceea ce înseamnă că în conductor apare un curent. Acest lucru se datorează faptului că acesta din urmă traversează liniile câmpului magnetic din interiorul dispozitivului. Cu toate acestea, există o diferență între mașină și generatoarele MHD. Constă în faptul că pentru variantele magnetohidrodinamice caconductorul este utilizat direct de corpul de lucru însuși.

Acțiunea se bazează și pe particule încărcate, care sunt afectate de forța Lorentz. Mișcarea fluidului de lucru are loc în câmpul magnetic. Din acest motiv, există fluxuri de purtători de sarcină cu direcții exact opuse. În stadiul de formare, generatoarele MHD foloseau în principal lichide conductoare electric sau electroliți. Ei erau cei care erau chiar corpul de lucru. Variațiile moderne au trecut la plasmă. Purtătorii de sarcină pentru noile mașini sunt ionii pozitivi și electronii liberi.

Design de generatoare MHD

Primul nod al dispozitivului se numește canalul prin care se mișcă fluidul de lucru. În prezent, generatoarele magnetohidrodinamice folosesc în principal plasma ca mediu principal. Următorul nod este un sistem de magneți care sunt responsabili pentru crearea unui câmp magnetic și electrozi pentru a devia energia care va fi primită în timpul procesului de lucru. Cu toate acestea, sursele pot fi diferite. Atât electromagneții, cât și magneții permanenți pot fi utilizați în sistem.

În continuare, gazul conduce electricitatea și se încălzește până la temperatura de ionizare termică, care este de aproximativ 10.000 Kelvin. După acest indicator trebuie redus. Bara de temperatură scade la 2, 2-2, 7 mii Kelvin datorită faptului că în mediul de lucru se adaugă aditivi speciali cu metale alcaline. În caz contrar, plasma nu este suficientăgrad eficient, deoarece valoarea conductibilității sale electrice devine mult mai mică decât cea a aceleiași ape.

Ciclul obișnuit al dispozitivului

Alte noduri care alcătuiesc proiectarea generatorului magnetohidrodinamic sunt cel mai bine enumerate împreună cu o descriere a proceselor funcționale din secvența în care acestea apar.

1. Camera de ardere primește combustibilul încărcat în ea. Se adaugă, de asemenea, agenți oxidanți și diverși aditivi.
2. Combustibilul începe să ardă, permițând gazului să se formeze ca produs al arderii.
3. În continuare, duza generatorului este activată. Gazele trec prin el, după care se extind, iar viteza lor crește la viteza sunetului.
4. Acțiunea vine într-o cameră care trece un câmp magnetic prin ea însăși. Pe pereții săi sunt electrozi speciali. Aici intervin gazele în această etapă a ciclului.
5. Atunci corpul de lucru sub influența particulelor încărcate se abate de la traiectoria sa primară. Noua direcție este exact acolo unde sunt electrozii.
6. Etapa finală. Între electrozi este generat un curent electric. Aici se termină ciclul.

Clasificări principale

Există multe opțiuni pentru dispozitivul finit, dar principiul de funcționare va fi practic același în oricare dintre ele. De exemplu, este posibilă lansarea unui generator magnetohidrodinamic pe combustibil solid, cum ar fi produsele de combustie fosili. De asemenea, ca sursăse utilizează energie, vapori de metale alcaline și amestecurile lor bifazate cu metale lichide. În funcție de durata de funcționare, generatoarele MHD sunt împărțite în pe termen lung și pe termen scurt, iar acestea din urmă - în pulsate și explozive. Sursele de căldură includ reactoare nucleare, schimbătoare de căldură și motoare cu reacție.

În plus, există și o clasificare în funcție de tipul de ciclu de lucru. Aici împărțirea are loc numai în două tipuri principale. Generatoarele cu ciclu deschis au un fluid de lucru amestecat cu aditivi. Produsele de ardere trec prin camera de lucru, unde sunt curățate de impurități în proces și eliberate în atmosferă. Într-un ciclu închis, fluidul de lucru intră în schimbătorul de căldură și abia apoi intră în camera generatorului. În continuare, produsele de ardere așteaptă compresorul, care finalizează ciclul. După aceea, fluidul de lucru revine la prima etapă în schimbătorul de căldură.

Funcții principale

Dacă întrebarea despre ce produce un generator magnetohidrodinamic poate fi considerată pe deplin acoperită, atunci ar trebui prezentați principalii parametri tehnici ai unor astfel de dispozitive. Prima dintre acestea ca importanță este probabil puterea. Este proporțională cu conductivitatea fluidului de lucru, precum și cu pătratele intensității câmpului magnetic și cu viteza acestuia. Dacă fluidul de lucru este o plasmă cu o temperatură de aproximativ 2-3 mii Kelvin, atunci conductivitatea este proporțională cu acesta în 11-13 grade și invers proporțională cu rădăcina pătrată a presiunii.

De asemenea, ar trebui să furnizați date despre debitul șiinducția câmpului magnetic. Prima dintre aceste caracteristici variază destul de mult, variind de la viteze subsonice la viteze hipersonice de până la 1900 de metri pe secundă. În ceea ce privește inducerea câmpului magnetic, aceasta depinde de designul magneților. Dacă sunt fabricate din oțel, atunci bara superioară va fi setată la aproximativ 2 T. Pentru un sistem care constă din magneți supraconductori, această valoare crește la 6-8 T.

Aplicarea generatoarelor MHD

Utilizarea pe scară largă a unor astfel de dispozitive astăzi nu este observată. Cu toate acestea, teoretic este posibil să se construiască centrale electrice cu generatoare magnetohidrodinamice. Există trei variante valide în total:

1. Centrale electrice de fuziune. Ei folosesc un ciclu fără neutroni cu un generator MHD. Este obișnuit să folosiți plasmă la temperaturi ridicate ca combustibil.
2. Centrale termice. Se folosește un tip de ciclu deschis, iar instalațiile în sine sunt destul de simple în ceea ce privește caracteristicile de proiectare. Această opțiune are încă perspective de dezvoltare.
3. Centrale nucleare. Fluidul de lucru în acest caz este un gaz inert. Este încălzit într-un reactor nuclear într-un ciclu închis. Are și perspective de dezvoltare. Cu toate acestea, posibilitatea de aplicare depinde de apariția reactoarelor nucleare cu o temperatură a fluidului de lucru peste 2 mii Kelvin.

Perspectiva dispozitivului

Relevanța generatoarelor magnetohidrodinamice depinde de o serie de factori șiprobleme inca nerezolvate. Un exemplu este capacitatea unor astfel de dispozitive de a genera numai curent continuu, ceea ce înseamnă că pentru întreținerea lor este necesară proiectarea unor invertoare suficient de puternice și, în plus, economice.

O altă problemă vizibilă este lipsa materialelor necesare care ar putea funcționa un timp suficient de lung în condiții de încălzire a combustibilului la temperaturi extreme. Același lucru este valabil și pentru electrozii utilizați în astfel de generatoare.

Alte utilizări

Pe lângă faptul că funcționează în inima centralelor electrice, aceste dispozitive sunt capabile să funcționeze în centrale speciale, ceea ce ar fi foarte util pentru energia nucleară. Utilizarea unui generator magnetohidrodinamic este permisă și în sistemele de aeronave hipersonice, dar până acum nu s-au observat progrese în acest domeniu.