Magnetohydrodynaaminen generaattori: laite, toimintaperiaate ja tarkoitus

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Kaikkia vaihtoehtoisia energialähteitä maaplaneetalla ei ole tutkittu ja käytetty onnistuneesti tähän mennessä. Siitä huolimatta ihmiskunta kehittyy aktiivisesti tähän suuntaan ja löytää uusia vaihtoehtoja. Yksi niistä oli saada energiaa elektrolyytistä, joka on magneettikentässä.

Suunniteltu vaikutus ja nimen alkuperä

Ensimmäiset teokset tällä alalla johtuvat Faradaysta, joka työskenteli laboratorio-olosuhteissa jo vuonna 1832. Hän tutki niin sanottua magnetohydrodynaamista vaikutusta, tai pikemminkin, hän etsi sähkömagneettista voimaa ja yritti soveltaa sitä menestyksekkäästi. Thames-joen virtausta käytettiin energianlähteenä. Tehosteen nimen lisäksi asennus sai myös nimensä - magnetohydrodynaaminen generaattori.

Tämä MHD-laite muuntaa sellaisen suoraanenergiamuodosta toiseen, nimittäin mekaanisesta sähköiseksi. Tällaisen prosessin piirteet ja sen toimintaperiaatteen kuvaus kokonaisuudessaan kuvataan yksityiskohtaisesti magnetohydrodynamiikassa. Itse generaattori on nimetty tämän tieteenalan mukaan.

Tehostetoiminnan kuvaus

Ensinnäkin sinun tulee ymmärtää, mitä laitteen käytön aikana tapahtuu. Tämä on ainoa tapa ymmärtää magnetohydrodynaamisen generaattorin toimintaperiaate. Vaikutus perustuu sähkökentän ja tietysti sähkövirran esiintymiseen elektrolyytissä. Jälkimmäistä edustavat erilaiset väliaineet, esimerkiksi nestemäinen metalli, plasma (kaasu) tai vesi. Tästä voidaan päätellä, että toimintaperiaate perustuu sähkömagneettiseen induktioon, joka käyttää magneettikenttää sähkön tuottamiseen.

On käynyt ilmi, että johtimen on leikattava voimakenttälinjoja. Tämä puolestaan on pakollinen edellytys sille, että ionien virtaukset, joilla on vastakkaiset varaukset suhteessa liikkuviin hiukkasiin, alkavat ilmaantua laitteen sisään. On myös tärkeää huomata kenttäviivojen käyttäytyminen. Niistä rakennettu magneettikenttä liikkuu itse johtimen sisällä päinvastaiseen suuntaan kuin se, jossa ionivaraukset sijaitsevat.

MHD-generaattorin määritelmä ja historia

Asennus on laite lämpöenergian muuttamiseksi sähköenergiaksi. Se pätee täysin yllä olevaanVaikutus. Samaan aikaan magnetohydrodynaamisia generaattoreita pidettiin aikoinaan varsin innovatiivisena ja läpimurtoideana, jonka ensimmäisten näytteiden rakentaminen miehitti 1900-luvun johtavien tutkijoiden mielet. Pian tällaisten hankkeiden rahoitus loppui syistä, jotka eivät ole täysin selviä. Ensimmäiset kokeelliset installaatiot on jo pystytetty, mutta niiden käytöstä on luovuttu.

Ensimmäiset magnetodynaamisten generaattorien mallit kuvattiin jo vuosina 1907-910, mutta niitä ei voitu luoda useiden ristiriitaisten fyysisten ja arkkitehtonisten ominaisuuksien vuoksi. Esimerkkinä voidaan mainita se, ettei vielä ole luotu materiaaleja, jotka voisivat toimia normaalisti 2500-3000 celsiusasteen käyttölämpötiloissa kaasumaisessa ympäristössä. Venäläisen mallin piti ilmestyä erityisesti rakennetussa MGDES:ssä Novomitsurinskin kaupungissa, joka sijaitsee Ryazanin alueella lähellä osav altion piirivoimalaitosta. Projekti peruttiin 1990-luvun alussa.

Miten laite toimii

Magnetohydrodynaamisten generaattorien rakenne ja toimintaperiaate toistavat suurimmaksi osaksi tavallisten koneversioiden mallia. Perustana on sähkömagneettisen induktion vaikutus, mikä tarkoittaa, että johtimeen ilmestyy virta. Tämä johtuu siitä, että jälkimmäinen ylittää laitteen sisällä olevat magneettikenttäviivat. Kone- ja MHD-generaattoreiden välillä on kuitenkin yksi ero. Se johtuu siitä, että magnetohydrodynaamisille muunnelmille kutenitse työkappale käyttää johdinta suoraan.

Toiminto perustuu myös varautuneisiin hiukkasiin, joihin Lorentzin voima vaikuttaa. Työnesteen liike tapahtuu magneettikentän poikki. Tästä johtuen varauksenkuljettajien virrat ovat täsmälleen vastakkaiset. MHD-generaattorit käyttivät muodostumisvaiheessa pääasiassa sähköä johtavia nesteitä tai elektrolyyttejä. He olivat erittäin toimiva elin. Nykyaikaiset muunnelmat ovat siirtyneet plasmaan. Uusien koneiden varauksenkantajat ovat positiiviset ionit ja vapaat elektronit.

MHD-generaattoreiden suunnittelu

Laitteen ensimmäistä solmua kutsutaan kanavaksi, jonka kautta työneste liikkuu. Tällä hetkellä magnetohydrodynaamiset generaattorit käyttävät pääasiallisena väliaineena plasmaa. Seuraava solmu on magneettijärjestelmä, joka on vastuussa magneettikentän luomisesta ja elektrodeista, jotka ohjaavat työprosessin aikana vastaanotettavan energian. Lähteet voivat kuitenkin olla erilaisia. Järjestelmässä voidaan käyttää sekä sähkö- että kestomagneetteja.

Seuraavaksi kaasu johtaa sähköä ja lämpenee lämpöionisaatiolämpötilaan, joka on noin 10 000 Kelviniä. Tämän jälkeen indikaattoria on vähennettävä. Lämpötilapalkki laskee 2, 2-2, 7 tuhanteen Kelviniin johtuen siitä, että työympäristöön lisätään erityisiä alkalimetallien lisäaineita. Muuten plasma ei riitäaste tehokas, koska sen sähkönjohtavuuden arvosta tulee paljon pienempi kuin saman veden.

Tyypillinen laitejakso

Muut solmut, jotka muodostavat magnetohydrodynaamisen generaattorin suunnittelun, on lueteltu parhaiten yhdessä toiminnallisten prosessien kuvauksen kanssa siinä järjestyksessä, jossa ne tapahtuvat.

1. Palokammio vastaanottaa siihen ladatun polttoaineen. Lisätään myös hapettavia aineita ja erilaisia lisäaineita.
2. Polttoaine alkaa palaa, jolloin kaasua voi muodostua palamistuotteena.
3. Seuraavaksi generaattorin suutin aktivoidaan. Kaasut kulkevat sen läpi, minkä jälkeen ne laajenevat ja niiden nopeus kasvaa äänen nopeudeksi.
4. Toiminto tulee kammioon, joka päästää magneettikentän läpi itsensä. Sen seinillä on erityiset elektrodit. Täältä kaasut tulevat sisään syklin tässä vaiheessa.
5. Sitten varautuneiden hiukkasten vaikutuksen alainen työkappale poikkeaa ensisijaiselta liikerad alta. Uusi suunta on tarkalleen missä elektrodit ovat.
6. Loppuvaihe. Elektrodien väliin syntyy sähkövirta. Tähän sykli päättyy.

Pääluokitukset

Valmiille laitteille on monia vaihtoehtoja, mutta toimintaperiaate on käytännössä sama kaikissa. On esimerkiksi mahdollista käynnistää magnetohydrodynaaminen generaattori, joka käyttää kiinteää polttoainetta, kuten fossiilisia palamistuotteita. Myös lähteenäenergiaa, alkalimetallihöyryjä ja niiden kaksifaasisia seoksia nestemäisten metallien kanssa. Toiminnan keston mukaan MHD-generaattorit jaetaan pitkäaikaisiin ja lyhytaikaisiin, ja jälkimmäiset - pulssi- ja räjähdysaineisiin. Lämmönlähteitä ovat ydinreaktorit, lämmönvaihtimet ja suihkumoottorit.

Lisäksi on olemassa myös luokitus työsyklin tyypin mukaan. Tässä jako tapahtuu vain kahteen päätyyppiin. Avoimen syklin generaattoreissa on lisäaineisiin sekoitettu työneste. Palamistuotteet kulkevat työkammion läpi, jossa ne puhdistetaan prosessissa olevista epäpuhtauksista ja vapautuvat ilmakehään. Suljetussa syklissä käyttöneste tulee lämmönvaihtimeen ja vasta sitten generaattorikammioon. Seuraavaksi palamistuotteet odottavat kompressoria, joka päättää syklin. Tämän jälkeen käyttöneste palaa lämmönvaihtimen ensimmäiseen vaiheeseen.

Pääominaisuudet

Jos kysymystä siitä, mikä tuottaa magnetohydrodynaamisen generaattorin, voidaan pitää täysin katettuna, tällaisten laitteiden tärkeimmät tekniset parametrit on esitettävä. Ensimmäinen näistä tärkeistä on luultavasti v alta. Se on verrannollinen käyttönesteen johtavuuteen sekä magneettikentän voimakkuuden ja sen nopeuden neliöihin. Jos käyttöneste on plasmaa, jonka lämpötila on noin 2-3 tuhat Kelviniä, niin johtavuus on verrannollinen siihen 11-13 asteessa ja kääntäen verrannollinen paineen neliöjuureen.

Anna myös tiedot virtausnopeudesta jamagneettikentän induktio. Ensimmäinen näistä ominaisuuksista vaihtelee melko laajasti, ja se vaihtelee aliäänenopeuksista hypersonicisiin nopeuksiin aina 1900 metriin sekunnissa. Mitä tulee magneettikentän induktioon, se riippuu magneettien suunnittelusta. Jos ne on valmistettu teräksestä, ylätanko asetetaan noin 2 T:iin. Järjestelmässä, joka koostuu suprajohtavista magneeteista, tämä arvo nousee 6-8 T.

MHD-generaattoreiden käyttö

Tällaisten laitteiden laajaa käyttöä ei nykyään havaita. Siitä huolimatta on teoriassa mahdollista rakentaa voimalaitoksia magnetohydrodynaamisilla generaattoreilla. Kelvollisia muunnelmia on yhteensä kolme:

1. Fuusiovoimalaitokset. He käyttävät neutronitonta sykliä MHD-generaattorin kanssa. On tapana käyttää plasmaa korkeissa lämpötiloissa polttoaineena.
2. Lämpövoimalaitokset. Käytössä on avoin tyyppi, ja itse asennukset ovat suunnitteluominaisuuksiltaan melko yksinkertaisia. Tällä vaihtoehdolla on edelleen kehitysnäkymiä.
3. Ydinvoimalaitokset. Käyttöneste on tässä tapauksessa inertti kaasu. Sitä lämmitetään ydinreaktorissa suljetussa syklissä. Sillä on myös kehitysmahdollisuuksia. Käyttömahdollisuus riippuu kuitenkin sellaisten ydinreaktorien syntymisestä, joiden käyttönesteen lämpötila on yli 2 tuhatta Kelviniä.

Laitteen näkökulma

Magnetohydrodynaamisten generaattoreiden merkitys riippuu useista tekijöistä jaongelmat edelleen ratkaisematta. Esimerkkinä tällaisten laitteiden kyky tuottaa vain tasavirtaa, mikä tarkoittaa, että niiden ylläpitoa varten on tarpeen suunnitella riittävän tehokkaat ja lisäksi taloudelliset invertterit.

Toinen näkyvä ongelma on tarvittavien materiaalien puute, jotka voisivat toimia riittävän pitkään olosuhteissa, joissa polttoaine kuumenee äärilämpötiloihin. Sama koskee tällaisissa generaattoreissa käytettyjä elektrodeja.

Muut käyttötarkoitukset

Sen lisäksi, että nämä laitteet toimivat voimalaitosten ytimessä, ne pystyvät toimimaan erikoisvoimalaitoksissa, mikä olisi erittäin hyödyllistä ydinenergian kann alta. Magnetohydrodynaamisen generaattorin käyttö on sallittua myös hypersonic lentokonejärjestelmissä, mutta toistaiseksi tällä alueella ei ole havaittu edistystä.