Magnetohydrodynamický generátor: zariadenie, princíp činnosti a účel

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Nie všetky alternatívne zdroje energie na planéte Zem boli doteraz preštudované a úspešne aplikované. Napriek tomu sa ľudstvo v tomto smere aktívne rozvíja a nachádza nové možnosti. Jedným z nich bolo získavanie energie z elektrolytu, ktorý je v magnetickom poli.

Navrhnutý efekt a pôvod názvu

Prvé práce v tejto oblasti sa pripisujú Faradayovi, ktorý pracoval v laboratórnych podmienkach už v roku 1832. Skúmal takzvaný magnetohydrodynamický efekt, respektíve hľadal elektromagnetickú hnaciu silu a snažil sa ju úspešne aplikovať. Ako zdroj energie sa využíval prúd rieky Temža. Spolu s názvom efektu dostala inštalácia aj svoj názov - magnetohydrodynamický generátor.

Toto zariadenie MHD priamo konvertuje jedenformu energie na inú, a to mechanickú na elektrickú. Vlastnosti takéhoto procesu a popis princípu jeho fungovania ako celku sú podrobne opísané v magnetohydrodynamike. Samotný generátor bol pomenovaný podľa tejto disciplíny.

Popis účinku účinku

V prvom rade by ste mali pochopiť, čo sa deje počas prevádzky zariadenia. Len tak pochopíme princíp činnosti magnetohydrodynamického generátora. Účinok je založený na výskyte elektrického poľa a samozrejme elektrického prúdu v elektrolyte. Ten je reprezentovaný rôznymi médiami, napríklad tekutým kovom, plazmou (plynom) alebo vodou. Z toho môžeme usúdiť, že princíp činnosti je založený na elektromagnetickej indukcii, ktorá využíva magnetické pole na výrobu elektriny.

Ukazuje sa, že vodič sa musí pretínať so siločiarami. To je zase povinná podmienka pre to, aby sa vo vnútri zariadenia začali objavovať toky iónov s opačným nábojom vzhľadom na pohybujúce sa častice. Je tiež dôležité si všimnúť správanie siločiar. Magnetické pole vytvorené z nich sa pohybuje vo vnútri samotného vodiča v opačnom smere, ako je ten, kde sa nachádzajú iónové náboje.

Definícia a história generátora MHD

Inštalácia je zariadenie na premenu tepelnej energie na elektrickú energiu. V plnej miere platí vyššie uvedenéEffect. Zároveň boli magnetohydrodynamické generátory považované za celkom inovatívny a prelomový nápad, ktorého konštrukcia prvých vzoriek zamestnávala mysle popredných vedcov dvadsiateho storočia. Čoskoro sa financie na takéto projekty minuli z nie celkom jasných príčin. Prvé experimentálne inštalácie už boli postavené, ale od ich používania sa upustilo.

Úplne prvé návrhy magnetodynamických generátorov boli popísané už v rokoch 1907-910, no nemohli byť vytvorené pre množstvo protichodných fyzikálnych a architektonických prvkov. Ako príklad môžeme uviesť fakt, že ešte neboli vytvorené materiály, ktoré by mohli normálne fungovať pri prevádzkových teplotách 2500-3000 stupňov Celzia v plynnom prostredí. Ruský model sa mal objaviť v špeciálne postavenom MGDES v meste Novomichurinsk, ktoré sa nachádza v Riazanskej oblasti v tesnej blízkosti štátnej okresnej elektrárne. Projekt bol zrušený začiatkom 90. rokov.

Ako zariadenie funguje

Konštrukcia a princíp činnosti magnetohydrodynamických generátorov z väčšej časti opakujú bežné varianty strojov. Základom je účinok elektromagnetickej indukcie, čo znamená, že vo vodiči sa objaví prúd. Je to spôsobené tým, že tento pretína siločiary magnetického poľa vo vnútri zariadenia. Medzi strojovými a MHD generátormi je však jeden rozdiel. Spočíva v tom, že pre magnetohydrodynamické varianty akovodič používa priamo samotný pracovný orgán.

Akcia je tiež založená na nabitých časticiach, ktoré sú ovplyvnené Lorentzovou silou. Pohyb pracovnej tekutiny prebieha cez magnetické pole. V dôsledku toho existujú toky nosičov náboja s presne opačnými smermi. V štádiu vzniku MHD generátory využívali hlavne elektricky vodivé kvapaliny alebo elektrolyty. Boli to oni, ktorí boli tým pracovným orgánom. Moderné variácie prešli na plazmu. Nosičmi náboja pre nové stroje sú kladné ióny a voľné elektróny.

Konštrukcia generátorov MHD

Prvý uzol zariadenia sa nazýva kanál, cez ktorý sa pohybuje pracovná tekutina. V súčasnosti magnetohydrodynamické generátory využívajú ako hlavné médium najmä plazmu. Ďalším uzlom je systém magnetov, ktoré sú zodpovedné za vytváranie magnetického poľa a elektród na odklonenie energie, ktorá bude prijatá počas pracovného procesu. Zdroje sa však môžu líšiť. V systéme je možné použiť elektromagnety aj permanentné magnety.

Potom plyn vedie elektrinu a zahrieva sa na teplotu tepelnej ionizácie, ktorá je približne 10 000 Kelvinov. Po tomto indikátore sa musí znížiť. Teplotná lišta klesá na 2, 2-2, 7 tisíc Kelvinov kvôli tomu, že sa do pracovného prostredia pridávajú špeciálne prísady s alkalickými kovmi. V opačnom prípade plazma nestačístupeň efektívne, pretože hodnota jeho elektrickej vodivosti je oveľa nižšia ako hodnota rovnakej vody.

Typický cyklus zariadenia

Ďalšie uzly, ktoré tvoria návrh magnetohydrodynamického generátora, sú najlepšie uvedené spolu s popisom funkčných procesov v poradí, v akom sa vyskytujú.

1. Spaľovacia komora prijíma palivo, ktoré je do nej vložené. Pridávajú sa aj oxidačné činidlá a rôzne prísady.
2. Palivo začne horieť a umožní vznik plynu ako produktu spaľovania.
3. Ďalej sa aktivuje tryska generátora. Plyny ním prechádzajú, potom expandujú a ich rýchlosť sa zvyšuje na rýchlosť zvuku.
4. Akcia prichádza do komory, ktorá cez seba prechádza magnetické pole. Na jeho stenách sú špeciálne elektródy. Toto je miesto, kde plyny prichádzajú v tejto fáze cyklu.
5. Potom sa pracovné telo pod vplyvom nabitých častíc odchýli od svojej primárnej trajektórie. Nový smer je presne tam, kde sú elektródy.
6. Záverečná fáza. Medzi elektródami vzniká elektrický prúd. Tu sa cyklus končí.

Hlavné klasifikácie

Existuje veľa možností pre hotové zariadenie, ale princíp fungovania bude v každej z nich prakticky rovnaký. Napríklad je možné spustiť magnetohydrodynamický generátor na tuhé palivo, ako sú fosílne produkty spaľovania. Aj ako zdrojenergie sa používajú pary alkalických kovov a ich dvojfázové zmesi s tekutými kovmi. Podľa trvania prevádzky sú generátory MHD rozdelené na dlhodobé a krátkodobé a druhé na pulzné a výbušné. Zdroje tepla zahŕňajú jadrové reaktory, výmenníky tepla a prúdové motory.

Okrem toho existuje aj klasifikácia podľa typu pracovného cyklu. Tu dochádza k rozdeleniu iba na dva hlavné typy. Generátory s otvoreným cyklom majú pracovnú kvapalinu zmiešanú s prísadami. Splodiny horenia prechádzajú cez pracovnú komoru, kde sa v procese čistia od nečistôt a uvoľňujú sa do atmosféry. V uzavretom cykle vstupuje pracovná tekutina do výmenníka tepla a až potom do komory generátora. Ďalej splodiny horenia čakajú na kompresor, ktorý dokončí cyklus. Potom sa pracovná kvapalina vráti do prvého stupňa vo výmenníku tepla.

Hlavné funkcie

Ak možno otázku, čo vyrába magnetohydrodynamický generátor, považovať za úplne pokrytú, potom by mali byť uvedené hlavné technické parametre takýchto zariadení. Prvým z nich je pravdepodobne sila. Je úmerná vodivosti pracovnej tekutiny, ako aj druhej mocnine sily magnetického poľa a jeho rýchlosti. Ak je pracovnou tekutinou plazma s teplotou okolo 2-3 tisíc Kelvinov, potom je jej vodivosť úmerná v 11-13 stupňoch a nepriamo úmerná druhej odmocnine tlaku.

Mali by ste poskytnúť aj údaje o prietoku aindukcia magnetického poľa. Prvá z týchto charakteristík sa značne líši, od podzvukových rýchlostí po nadzvukové rýchlosti až do 1900 metrov za sekundu. Čo sa týka indukcie magnetického poľa, tá závisí od konštrukcie magnetov. Ak sú vyrobené z ocele, potom bude horná tyč nastavená na približne 2 T. Pre systém, ktorý pozostáva zo supravodivých magnetov, táto hodnota stúpa na 6-8 T.

Aplikácia generátorov MHD

Široké používanie takýchto zariadení dnes nie je pozorované. Napriek tomu je teoreticky možné postaviť elektrárne s magnetohydrodynamickými generátormi. Celkovo existujú tri platné variácie:

1. Fúzne elektrárne. Využívajú bezutrónový cyklus s generátorom MHD. Ako palivo je zvykom používať plazmu pri vysokých teplotách.
2. Tepelné elektrárne. Používa sa otvorený typ cyklu a samotné inštalácie sú z hľadiska konštrukčných prvkov pomerne jednoduché. Práve táto možnosť má stále perspektívu na rozvoj.
3. Jadrové elektrárne. Pracovnou tekutinou je v tomto prípade inertný plyn. Ohrieva sa v jadrovom reaktore v uzavretom cykle. Má tiež perspektívu rozvoja. Možnosť aplikácie však závisí od vzniku jadrových reaktorov s teplotou pracovnej tekutiny nad 2 tisíc Kelvinov.

Pohľad na zariadenie

Význam magnetohydrodynamických generátorov závisí od množstva faktorov aproblémy stále nevyriešené. Príkladom je schopnosť takýchto zariadení generovať iba jednosmerný prúd, čo znamená, že pre ich údržbu je potrebné navrhnúť dostatočne výkonné a navyše ekonomické striedače.

Ďalším viditeľným problémom je nedostatok potrebných materiálov, ktoré by dokázali dostatočne dlho fungovať v podmienkach ohrevu paliva na extrémne teploty. To isté platí pre elektródy používané v takýchto generátoroch.

Iné použitia

Okrem fungovania v srdci elektrární sú tieto zariadenia schopné pracovať aj v špeciálnych elektrárňach, čo by bolo veľmi užitočné pre jadrovú energetiku. Použitie magnetohydrodynamického generátora je povolené aj v systémoch hypersonických lietadiel, ale zatiaľ nebol v tejto oblasti pozorovaný žiadny pokrok.