Magnetohidrodinamikai generátor: eszköz, működési elv és cél

A Föld bolygón nem minden alternatív energiaforrást tanulmányoztak és sikeresen alkalmaztak eddig. Mindazonáltal az emberiség aktívan fejlődik ebben az irányban, és új lehetőségeket talál. Az egyik az energia előállítása volt egy mágneses mezőben lévő elektrolitból.

A név eredendő hatása és eredete

Az első munkákat ezen a területen Faradaynak tulajdonítják, aki 1832-ben laboratóriumi körülmények között dolgozott. Megvizsgálta az úgynevezett magnetohidrodinamikai hatást, vagy inkább elektromágneses hajtóerőt keresett, és megpróbálta sikeresen alkalmazni. A Temze áramát energiaforrásként használták. A hatás nevével együtt a telepítés megkapta a nevét-magnetohidrodinamikai generátor.

Ebben az MHD eszközben az egyik típusú energia közvetlenül átalakul egy másikba, nevezetesen mechanikussá elektromos. Az ilyen folyamat jellemzőit, valamint működésének egészének elvét részletesen ismertetjük a mágneses hidrodinamikában. Ennek a tudományágnak a tiszteletére magát a generátort nevezték el.

A hatás leírása akció

Először is meg kell értened, mi történik a készülék működése közben. Csak így lehet megérteni a működés elve működésben lévő magnetohidrodinamikai generátor. A hatás egy elektromos mező és természetesen az elektrolitban lévő elektromos áram előfordulásán alapul. Ez utóbbit különböző közegek képviselik, például folyékony fém, plazma (gáz) vagy víz. Ebből arra lehet következtetni, hogy a működés elve az elektromágneses indukción alapul, amely mágneses mezőt használ a villamos energia előállításához.

Kiderül, hogy a vezetőnek kereszteznie kell az erőtér vonalait. Ez viszont előfeltétele annak, hogy a mozgó részecskékhez képest ellentétes töltésű ionáramok kezdjenek felmerülni a készülék belsejében. Fontos megjegyezni az erővonalak viselkedését is. Az ezekből felépített mágneses mező maga a vezető belsejében mozog az ellenkező irányba, mint ahol az ion töltések találhatók.

Az MHD generátor meghatározása és története

A telepítés egy eszköz átalakítására hőenergia into electrical energy. Teljes mértékben alkalmazza a fenti hatást. Ugyanakkor a magnetohidrodinamikai generátorokat egy időben meglehetősen innovatív és áttörő ötletnek tekintették, amelynek első mintáinak felépítése a huszadik század vezető tudósainak elméjét foglalta el. Hamarosan az ilyen projektek finanszírozása nem teljesen egyértelmű okok miatt kimerült. Az első kísérleti létesítményeket már felállították, de használatukat felhagyták.

A magnetodinamikai generátorok legelső terveit már 1907-910-ben leírták, azonban számos egymásnak ellentmondó fizikai-építészeti jellemző miatt nem lehetett őket létrehozni. Például olyan anyagokat, amelyek gázkörnyezetben 2500-3000 Celsius fokos üzemi hőmérsékleten normálisan működhetnek, még nem hoztak létre. Az orosz modell egy speciálisan épített MGDES-ben kellett megjelennie Novomichurinsk városában, amely a Ryazan régióban található, a GRES közvetlen közelében. A projektet az 1990-es évek elején megszüntették.

Hogyan működik az eszköz

A magnetohidrodinamikai generátorok tervezése és működési elve nagyrészt megismétli a hagyományos gépváltozatok működését. Az elektromágneses indukció hatásán alapul, ami azt jelenti, hogy áram van a vezetőben. Ez annak köszönhető, hogy, hogy az utóbbi keresztezi a mágneses mező vonalait a készülék belsejében. Van azonban egy különbség a gép és az MHD generátorok között. Ez abban áll, hogy a magnetohidrodinamikai változatok esetében maga a munkafolyadék vezetőként szolgál.

A cselekvés is alapul töltött részecskék, amelyeket a Lorentz-erő befolyásol. A munkafolyadék mozgása a mágneses mezőn keresztül történik. Ennek köszönhetően pontosan ellentétes irányú töltéshordozók áramlanak. A képződés szakaszában az MHD generátorok elsősorban elektromosan vezető folyadékokat vagy elektrolitokat használtak. Ők voltak a nagyon működő test. A Modern variációk plazmára váltottak. Pozitív ionok és szabad elektronok lettek az új gépek töltéshordozói.

Az MHD generátorok tervezése

Az eszköz első csomópontját annak a csatornának nevezzük, amelyen keresztül a munkafolyadék mozog. Jelenleg a plazmát leginkább a magnetohidrodinamikai generátorok fő közegeként használják. A következő csomópont a mágneses mező létrehozásáért felelős mágnesek rendszere, valamint az elektródák, amelyek a munkafolyamat során kapott energiát átirányítják. Ugyanakkor a források eltérőek lehetnek. Mind az elektromágnesek, mind az állandó mágnesek használhatók a rendszerben.

Ezután a gáz elektromos áramot vezet, és felmelegszik a termikus ionizáció hőmérsékletére, ami körülbelül 10 ezer Kelvin. Ezt követően ezt a mutatót minden bizonnyal csökkenteni kell. A hőmérsékleti sáv 2,2-2,7 ezer Kelvinre csökken, mivel az alkálifémekkel speciális adalékokat adnak a munkakörnyezethez. Ellenkező esetben a plazma nem elég hatékony, mert elektromos vezetőképességének értéke lényegesen kisebb lesz, mint ugyanazon vízé.

A készülék tipikus működési ciklusa

A magnetohidrodinamikai generátor kialakítását alkotó egyéb alkatrészek, a legjobbak felsorolva a funkcionális folyamatok leírásával együtt abban a sorrendben, amelyben előfordulnak.

1. Az égéstér elfogadja a benne betöltött üzemanyagot. Oxidálószereket és különböző adalékanyagokat is hozzáadnak.
2. Az üzemanyag égni kezd, ami lehetővé teszi a gáz képződését égéstermékként.
3. Ezután a generátor fúvóka aktiválódik. A gázok áthaladnak rajta, majd kibővülnek, sebességük pedig a hangsebességig növekszik.
4. Az akció eléri a kamerát, amely áthalad egy mágneses mezőn. A falain speciális elektródák vannak. Itt jönnek be a gázok a ciklus ezen szakaszában.
5. Ezután a töltött részecskék hatására a munkaközeg eltér az elsődleges pályájától. Az új irány pontosan ott található, ahol az elektródák találhatók.
6. Az utolsó szakasz. Az elektródák között elektromos áram keletkezik. Ez a ciklus vége.

Alapvető osztályozások

A kész eszköz számos változata létezik, de a működés elve gyakorlatilag azonos lesz bármelyikben. Például lehetséges egy magnetohidrodinamikai generátor elindítása szilárd tüzelőanyagon, például fosszilis égéstermékeken. Az alkálifémgőzöket és azok kétfázisú keverékeit folyékony fémekkel is energiaforrásként használják. A működés időtartama szerint az MHD generátorok hosszú távú és rövid távú, az utóbbiak impulzusos és robbanásveszélyesek. A hőforrások között atomreaktorok, hőcserélő eszközök és sugárhajtóművek is megnevezhetők.

Ezenkívül a munkaciklus típusa szerinti osztályozás is létezik. Itt a felosztás csak kettőre oszlik fő típusok. A nyílt ciklusú generátorok adalékokkal kevert munkafolyadékkal rendelkeznek. Az égéstermékek áthaladnak a munkakamrán, ahol a folyamat során megtisztítják a szennyeződéseket, majd a légkörbe kerülnek. Zárt ciklusban a munkafolyadék belép a hőcserélőbe, majd csak belép a generátor kamrájába. Ezután az égéstermékek várják a kompresszort, amely befejezi a ciklust. Ezután a munkafolyadék visszatér a hőcserélő első szakaszába.

Főbb Jellemzők

Ha a magnetohidrodinamikai generátor termelésének kérdése teljesen megvilágítottnak tekinthető, akkor be kell mutatni az ilyen eszközök fő műszaki paramétereit. Az első közülük valószínűleg a hatalom. Ez arányos a munkaközeg vezetőképességével, valamint a mágneses tér erősségének négyzetével és sebességével. Ha a munkafolyadék körülbelül 2-3 ezer Kelvin hőmérsékletű plazma, akkor a vezetőképesség 11-13 fokban arányos, fordítottan arányos a nyomás négyzetgyökével.

Szükséges továbbá adatokat szolgáltatni az áramlási sebességről és a mágneses mező indukciójáról. Ezen jellemzők közül az első meglehetősen széles körben változik, a szubszonikus sebességtől kezdve a hiperszonikus sebességig, másodpercenként 1900 méterig. Ami a mágneses mező indukcióját illeti, ez a mágnesek kialakításától függ. Ha acélból készülnek, akkor a felső sáv 2 Tl-re lesz állítva. A szupravezető mágnesekből álló rendszer esetében ez az érték 6-8 Tl-re nő.

MHD generátorok alkalmazása

Az ilyen eszközök széles körű használata ma nem szükséges megfigyelni. Ennek ellenére elméletileg lehetséges erőművek építése magnetohidrodinamikai generátorokkal. Összesen három elfogadható variáció létezik:

1. Termonukleáris erőművek. NEUTRONMENTES ciklust használnak egy MHD generátorral. Általában a plazmát magas hőmérsékleten használják üzemanyagként.
2. Hőerőművek. Nyílt ciklusú típust használnak, maguk a telepítések a tervezési jellemzők szempontjából meglehetősen egyszerűek. , ez a lehetőség még mindig fejlődési kilátásokkal rendelkezik.
3. Atomerőművek. A munkafolyadék ebben az esetben inert gáz. Zárt ciklusú atomreaktorban melegítik. Fejlesztési kilátásai is vannak. Az alkalmazás lehetősége azonban a 2 ezer Kelvin feletti munkafolyadék-hőmérsékletű atomreaktorok megjelenésétől függ.

Az eszközök perspektívája

A magnetohidrodinamikai generátorok relevanciája számos tényezőtől és még megoldatlan problémától függ. Példaként említhetjük az ilyen eszközök azon képességét, hogy csak egyenáramot generáljanak, ami azt jelenti, hogy karbantartásukhoz elég nagy teljesítményű, sőt gazdaságos invertereket kell tervezni.

Egy másik látható probléma a szükséges anyagok hiánya, amelyek elég hosszú ideig működhetnek az üzemanyag túlzott hőmérsékletre történő melegítésének körülményei között. Ugyanez vonatkozik az ilyen generátorokban használt elektródákra is.

Egyéb alkalmazási lehetőségek

Amellett, hogy az erőművek középpontjában működnek, ezek az eszközök képesek speciális erőművekben működni, ami nagyon hasznos lenne az atomenergia számára. A magnetohidrodinamikai generátor használata a hiperszonikus repülési rendszerekben is megengedett, de ezen a területen még nem történt előrelépés.