Magnetohydrodynamic generator: device, prinsipyo ng pagpapatakbo at layunin

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Hindi lahat ng alternatibong pinagkukunan ng enerhiya sa planetang Earth ay napag-aralan at matagumpay na nailapat sa ngayon. Gayunpaman, ang sangkatauhan ay aktibong umuunlad sa direksyong ito at naghahanap ng mga bagong pagpipilian. Isa sa mga ito ay ang kumuha ng enerhiya mula sa electrolyte, na nasa magnetic field.

Idinisenyong epekto at pinagmulan ng pangalan

Ang mga unang gawa sa larangang ito ay iniuugnay kay Faraday, na nagtrabaho sa mga kondisyon ng laboratoryo noon pang 1832. Inimbestigahan niya ang tinatawag na magnetohydrodynamic effect, o sa halip, naghahanap siya ng electromagnetic driving force at sinubukang matagumpay na ilapat ito. Ang agos ng Ilog Thames ay ginamit bilang pinagkukunan ng enerhiya. Kasama ang pangalan ng epekto, natanggap din ng pag-install ang pangalan nito - isang magnetohydrodynamic generator.

Direktang nagko-convert ng isa ang MHD device na itoanyo ng enerhiya sa isa pa, katulad ng mekanikal sa elektrikal. Ang mga tampok ng naturang proseso at ang paglalarawan ng prinsipyo ng operasyon nito sa kabuuan ay inilarawan nang detalyado sa magnetohydrodynamics. Ang generator mismo ay pinangalanan sa disiplinang ito.

Paglalarawan ng epektong pagkilos

Una sa lahat, dapat mong maunawaan kung ano ang nangyayari sa panahon ng pagpapatakbo ng device. Ito ang tanging paraan upang maunawaan ang prinsipyo ng magnetohydrodynamic generator na kumikilos. Ang epekto ay batay sa hitsura ng isang electric field at, siyempre, isang electric current sa electrolyte. Ang huli ay kinakatawan ng iba't ibang media, halimbawa, likidong metal, plasma (gas) o tubig. Mula dito maaari nating tapusin na ang prinsipyo ng operasyon ay batay sa electromagnetic induction, na gumagamit ng magnetic field upang makabuo ng kuryente.

Lumalabas na ang konduktor ay dapat mag-intersect sa field lines of force. Ito naman ay isang obligadong kondisyon para sa mga daloy ng mga ion na may magkasalungat na singil na may kaugnayan sa gumagalaw na mga particle upang magsimulang lumitaw sa loob ng device. Mahalaga rin na tandaan ang pag-uugali ng mga linya ng field. Ang magnetic field na binuo mula sa mga ito ay gumagalaw sa loob mismo ng konduktor sa kabaligtaran ng direksyon mula sa kung saan matatagpuan ang mga singil ng ion.

Kahulugan at kasaysayan ng MHD generator

Ang pag-install ay isang device para sa pag-convert ng thermal energy sa electrical energy. Ito ay ganap na nalalapat sa itaasEpekto. Kasabay nito, ang mga magnetohydrodynamic generator ay itinuturing sa isang pagkakataon na medyo isang makabagong at pambihirang ideya, ang pagtatayo ng mga unang sample na sumasakop sa isipan ng mga nangungunang siyentipiko noong ikadalawampu siglo. Di-nagtagal, naubos ang pondo para sa mga naturang proyekto para sa mga kadahilanang hindi lubos na malinaw. Ang mga unang pang-eksperimentong pag-install ay naitayo na, ngunit ang kanilang paggamit ay inabandona.

Ang pinakaunang mga disenyo ng magnetodynamic generators ay inilarawan noong 1907-910, gayunpaman, hindi sila malikha dahil sa ilang magkasalungat na pisikal at arkitektura na mga tampok. Bilang isang halimbawa, maaari nating banggitin ang katotohanan na ang mga materyales ay hindi pa nagagawa na maaaring gumana nang normal sa operating temperatura na 2500-3000 degrees Celsius sa isang gas na kapaligiran. Ang modelong Ruso ay dapat na lumitaw sa isang espesyal na binuo na MGDES sa lungsod ng Novomichurinsk, na matatagpuan sa rehiyon ng Ryazan malapit sa planta ng kuryente ng distrito ng estado. Kinansela ang proyekto noong unang bahagi ng 1990s.

Paano gumagana ang device

Ang disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga magnetohydrodynamic generator ay kadalasang inuulit ang mga ordinaryong variant ng makina. Ang batayan ay ang epekto ng electromagnetic induction, na nangangahulugang lumilitaw ang isang kasalukuyang sa konduktor. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang huli ay tumatawid sa mga linya ng magnetic field sa loob ng device. Gayunpaman, mayroong isang pagkakaiba sa pagitan ng mga generator ng makina at MHD. Ito ay namamalagi sa katotohanan na para sa mga variant ng magnetohydrodynamic bilangAng konduktor ay direktang ginagamit ng mismong nagtatrabahong katawan.

Ang aksyon ay nakabatay din sa mga naka-charge na particle, na apektado ng puwersa ng Lorentz. Ang paggalaw ng gumaganang likido ay nangyayari sa buong magnetic field. Dahil dito, may mga daloy ng mga carrier ng singil na may eksaktong magkasalungat na direksyon. Sa yugto ng pagbuo, ang mga generator ng MHD ay pangunahing gumagamit ng mga electrically conductive na likido o electrolytes. Sila ang mismong nagtatrabahong katawan. Ang mga modernong pagkakaiba-iba ay lumipat sa plasma. Ang mga carrier ng singil para sa mga bagong makina ay mga positive ions at libreng electron.

Disenyo ng mga MHD generator

Ang unang node ng device ay tinatawag na channel kung saan gumagalaw ang gumaganang fluid. Sa kasalukuyan, pangunahing ginagamit ng mga magnetohydrodynamic generator ang plasma bilang pangunahing daluyan. Ang susunod na node ay isang sistema ng mga magnet na responsable sa paglikha ng magnetic field at mga electrodes upang ilihis ang enerhiya na matatanggap sa panahon ng proseso ng trabaho. Gayunpaman, ang mga mapagkukunan ay maaaring iba. Parehong maaaring gamitin ang mga electromagnet at permanenteng magnet sa system.

Susunod, ang gas ay nagdadala ng kuryente at umiinit hanggang sa temperatura ng thermal ionization, na humigit-kumulang 10,000 Kelvin. Pagkatapos ng tagapagpahiwatig na ito ay dapat mabawasan. Ang temperatura bar ay bumaba sa 2, 2-2, 7 thousand Kelvin dahil sa ang katunayan na ang mga espesyal na additives na may alkali metal ay idinagdag sa nagtatrabaho na kapaligiran. Kung hindi, ang plasma ay hindi sapatdegree effective, dahil ang halaga ng electrical conductivity nito ay nagiging mas mababa kaysa sa parehong tubig.

Karaniwang ikot ng device

Ang iba pang mga node na bumubuo sa disenyo ng magnetohydrodynamic generator ay pinakamahusay na nakalista kasama ng isang paglalarawan ng mga functional na proseso sa pagkakasunud-sunod kung saan nangyari ang mga ito.

1. Tinatanggap ng combustion chamber ang gasolinang inilagay dito. Nagdaragdag din ng mga oxidizing agent at iba't ibang additives.
2. Nagsisimulang magsunog ang gasolina, na nagpapahintulot sa gas na mabuo bilang isang produkto ng pagkasunog.
3. Susunod, ang generator nozzle ay isinaaktibo. Ang mga gas ay dumadaan dito, pagkatapos ay lumalawak ang mga ito, at tumataas ang kanilang bilis sa bilis ng tunog.
4. Ang aksyon ay dumarating sa isang silid na dumadaan sa isang magnetic field sa sarili nito. Sa mga dingding nito ay may mga espesyal na electrodes. Dito pumapasok ang mga gas sa yugtong ito ng cycle.
5. Pagkatapos, ang gumaganang katawan sa ilalim ng impluwensya ng mga naka-charge na particle ay lumihis mula sa pangunahing tilapon nito. Ang bagong direksyon ay eksakto kung nasaan ang mga electrodes.
6. Ang huling yugto. Ang isang electric current ay nabuo sa pagitan ng mga electrodes. Dito nagtatapos ang cycle.

Mga pangunahing klasipikasyon

Maraming opsyon para sa tapos na device, ngunit ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay halos pareho sa alinman sa mga ito. Halimbawa, posibleng maglunsad ng magnetohydrodynamic generator sa solid fuel tulad ng mga produktong fossil combustion. Bilang source dinenerhiya, alkali metal vapors at ang kanilang dalawang-phase mixtures na may mga likidong metal ay ginagamit. Ayon sa tagal ng operasyon, ang mga generator ng MHD ay nahahati sa pangmatagalan at panandaliang, at ang huli - sa pulsed at paputok. Kabilang sa mga pinagmumulan ng init ang mga nuclear reactor, heat exchanger, at jet engine.

Bukod dito, mayroon ding klasipikasyon ayon sa uri ng ikot ng trabaho. Dito ang paghahati ay nangyayari lamang sa dalawang pangunahing uri. Ang mga open cycle generator ay mayroong working fluid na may halong additives. Ang mga produkto ng pagkasunog ay dumaan sa working chamber, kung saan sila ay nililinis ng mga impurities sa proseso at inilabas sa kapaligiran. Sa isang closed cycle, ang working fluid ay pumapasok sa heat exchanger at pagkatapos lamang ay pumapasok sa generator chamber. Susunod, ang mga produkto ng pagkasunog ay naghihintay para sa tagapiga, na nakumpleto ang ikot. Pagkatapos nito, babalik ang working fluid sa unang yugto sa heat exchanger.

Mga Pangunahing Tampok

Kung ang tanong kung ano ang gumagawa ng magnetohydrodynamic generator ay maituturing na ganap na saklaw, kung gayon ang mga pangunahing teknikal na parameter ng naturang mga aparato ay dapat na iharap. Ang una sa mga ito sa kahalagahan ay malamang na kapangyarihan. Ito ay proporsyonal sa kondaktibiti ng gumaganang likido, pati na rin ang mga parisukat ng lakas ng magnetic field at ang bilis nito. Kung ang gumaganang fluid ay isang plasma na may temperatura na humigit-kumulang 2-3 thousand Kelvin, kung gayon ang conductivity ay proporsyonal dito sa 11-13 degrees at inversely proportional sa square root ng pressure.

Dapat ka ring magbigay ng data sa rate ng daloy atmagnetic field induction. Ang una sa mga katangiang ito ay lubos na nag-iiba-iba, mula sa subsonic na bilis hanggang hypersonic na bilis hanggang 1900 metro bawat segundo. Tulad ng para sa induction ng magnetic field, depende ito sa disenyo ng mga magnet. Kung ang mga ito ay gawa sa bakal, ang itaas na bar ay itatakda sa humigit-kumulang 2 T. Para sa isang system na binubuo ng mga superconducting magnet, ang halagang ito ay tumataas sa 6-8 T.

Application ng MHD generators

Malawak na paggamit ng mga naturang device ngayon ay hindi naobserbahan. Gayunpaman, ito ay theoretically posible na bumuo ng mga power plant na may magnetohydrodynamic generators. May tatlong wastong variation sa kabuuan:

1. Fusion power plant. Gumagamit sila ng neutronless cycle na may MHD generator. Nakaugalian na ang paggamit ng plasma sa mataas na temperatura bilang panggatong.
2. Thermal power plants. Ang isang bukas na uri ng cycle ay ginagamit, at ang mga pag-install mismo ay medyo simple sa mga tuntunin ng mga tampok ng disenyo. Ito ang opsyong ito na may mga prospect pa rin para sa pag-unlad.
3. Nuclear power plants. Ang gumaganang likido sa kasong ito ay isang inert gas. Ito ay pinainit sa isang nuclear reactor sa isang closed cycle. Mayroon din itong mga prospect para sa pag-unlad. Gayunpaman, ang posibilidad ng paggamit ay nakasalalay sa paglitaw ng mga nuclear reactor na may gumaganang temperatura ng fluid na higit sa 2 libong Kelvin.

Perspektibo ng Device

Ang kaugnayan ng magnetohydrodynamic generators ay depende sa ilang mga kadahilanan atmga problemang hindi pa rin nareresolba. Ang isang halimbawa ay ang kakayahan ng mga naturang device na makabuo lamang ng direktang kasalukuyang, na nangangahulugan na para sa kanilang pagpapanatili ay kinakailangan na magdisenyo ng sapat na makapangyarihan at, higit pa rito, mga matipid na inverter.

Ang isa pang nakikitang problema ay ang kakulangan ng mga kinakailangang materyales na maaaring gumana nang sapat na mahabang panahon sa mga kondisyon ng pag-init ng gasolina hanggang sa matinding temperatura. Ang parehong naaangkop sa mga electrodes na ginagamit sa naturang mga generator.

Iba pang gamit

Bilang karagdagan sa paggana sa gitna ng mga power plant, ang mga device na ito ay gumagana sa mga espesyal na power plant, na magiging lubhang kapaki-pakinabang para sa nuclear energy. Ang paggamit ng magnetohydrodynamic generator ay pinapayagan din sa hypersonic aircraft system, ngunit sa ngayon ay wala pang naobserbahang pag-unlad sa lugar na ito.