Magnetohydrodynamický generátor: zariadenie, princíp činnosti a účel

Nie všetky alternatívne zdroje energie na planéte Zem boli doteraz študované a úspešne aplikované. Napriek tomu sa ľudstvo týmto smerom aktívne rozvíja a nachádza nové možnosti. Jednou z nich bola výroba energie z elektrolytu, ktorý je v magnetickom poli.

Inherentný účinok a pôvod názvu

Prvé práce v tejto oblasti sa pripisujú Faradayovi, ktorý pracoval v laboratórnych podmienkach už v roku 1832. Skúmal takzvaný magnetohydrodynamický efekt, alebo skôr hľadal elektromagnetickú hnaciu silu a pokúsil sa ju úspešne aplikovať. Prúd rieky Temže Bol použitý ako zdroj energie. Spolu s názvom efektu dostala inštalácia svoje meno-magnetohydrodynamický generátor.

V tomto MHD zariadení dochádza k priamej premene jedného druhu energie na iný, a to mechanický na elektrický. Vlastnosti takéhoto procesu a opis princípu jeho fungovania ako celku sú podrobne opísané v magnetickej hydrodynamike. Na počesť tejto disciplíny bol pomenovaný samotný generátor.

Opis účinku akcie

Najprv by ste mali pochopiť, čo sa stane počas prevádzky zariadenia. Toto je jediný spôsob, ako si uvedomiť princíp činnosti magnetohydrodynamický generátor v akcii. Účinok je založený na výskyte elektrického poľa a samozrejme elektrického prúdu v elektrolyte. Posledne menovaný je reprezentovaný rôznymi médiami, napríklad tekutým kovom, plazmou (plynom) alebo vodou. Z toho možno vyvodiť záver, že princíp činnosti je založený na elektromagnetickej indukcii, ktorá využíva magnetické pole na výrobu elektriny.

Ukazuje sa, že vodič sa musí pretínať s siločiarami. To je zase predpokladom toho, aby vo vnútri zariadenia začali vznikať toky iónov s opačnými nábojmi vzhľadom na pohybujúce sa častice. Je tiež dôležité poznamenať správanie silových čiar. Magnetické pole z nich vyrobené sa pohybuje vo vnútri samotného vodiča v opačnom smere od toho, kde sú umiestnené iónové náboje.

Definícia a história generátora MHD

Inštalácia je zariadenie na konverziu tepelná energia do elektrickej energie. Plne uplatňuje vyššie uvedený účinok. Súčasne boli magnetohydrodynamické generátory naraz považované za celkom inovatívnu a prelomovú myšlienku, ktorej konštrukcia prvých vzoriek obsadila mysle popredných vedcov dvadsiateho storočia. Financovanie takýchto projektov sa čoskoro vyčerpalo z dôvodov, ktoré nie sú úplne jasné. Prvé experimentálne inštalácie už boli postavené, ale od ich používania sa upustilo.

Úplne prvé návrhy magnetodynamických generátorov boli opísané už v rokoch 1907-910, nebolo ich však možné vytvoriť kvôli množstvu protichodných fyzikálnych a architektonických prvkov. Napríklad materiály, ktoré by mohli normálne fungovať pri prevádzkových teplotách 2 500-3 000 stupňov Celzia v plynovom prostredí, ešte neboli vytvorené. Ruský model mal sa objaviť v špeciálne postavenom MGDES v meste Novomichurinsk, ktoré sa nachádza v regióne Ryazan v tesnej blízkosti GRES. Projekt bol prerušený na začiatku 1990.

Ako zariadenie funguje

Konštrukcia a princíp činnosti magnetohydrodynamických generátorov z väčšej časti opakujú tie bežné varianty strojov. Je založená na účinku elektromagnetickej indukcie, čo znamená, že vo vodiči je prúd. Je to spôsobené tým, že, že ten druhý pretína čiary magnetického poľa vo vnútri zariadenia. Existuje však jeden rozdiel medzi strojovými a MHD generátormi. Spočíva v tom, že pre magnetohydrodynamické varianty sa ako vodič používa samotná pracovná tekutina.

Akcia je tiež založená na nabitých časticiach, ktoré sú ovplyvnené Lorentzovou silou. Pohyb pracovnej tekutiny nastáva cez magnetické pole. Z tohto dôvodu existujú toky nosičov náboja s presne opačnými smermi. Vo fáze tvorby používali generátory MHD hlavne elektricky vodivé kvapaliny alebo elektrolyty. Boli veľmi pracovným orgánom. Moderné variácie prešli na plazmu. Nosičmi náboja pre nové stroje sa stali kladné ióny a voľné elektróny.

Konštrukcia generátorov MHD

Prvý uzol zariadenia sa nazýva kanál, cez ktorý sa pohybuje pracovná tekutina. V súčasnosti sa plazma väčšinou používa ako hlavné médium v magnetohydrodynamických generátoroch. Ďalším uzlom je systém magnetov, ktoré sú zodpovedné za vytvorenie magnetického poľa a elektród na odvádzanie energie, ktorá sa získa počas pracovného procesu. Zároveň sa zdroje môžu líšiť. V systéme je možné použiť elektromagnety aj permanentné magnety.

Ďalej plyn vedie elektrický prúd a ohrieva sa na teplotu tepelnej ionizácie, ktorá je približne 10 tisíc Kelvinov. Potom musí byť tento ukazovateľ určite znížený. Teplotná lišta klesne na 2,2 - 2,7 tisíc Kelvinov v dôsledku skutočnosti, že do pracovného prostredia sa pridávajú špeciálne prísady s alkalickými kovmi. V opačnom prípade plazma nie je dostatočne účinná, pretože hodnota jej elektrickej vodivosti je výrazne nižšia ako hodnota tej istej vody.

Typický prevádzkový cyklus zariadenia

Ďalšie komponenty, ktoré tvoria konštrukciu magnetohydrodynamického generátora, sú najlepšie uvedie sa spolu s opisom funkčných procesov v poradí, v akom sa vyskytujú.

1. Spaľovacia komora Prijíma palivo do nej naložené. Pridávajú sa tiež oxidačné činidlá a rôzne prísady.
2. Palivo začne horieť, čo umožňuje tvorbu plynu ako produktu spaľovania.
3. Ďalej sa aktivuje tryska generátora. Prechádzajú ním plyny, po ktorých sa rozširujú a ich rýchlosť sa zvyšuje na rýchlosť zvuku.
4. Akcia sa dostane do kamery, ktorá prechádza magnetickým poľom. Na jeho stenách sú špeciálne elektródy. To je miesto, kde plyny prichádzajú v tejto fáze cyklu.
5. Potom sa pracovná tekutina pod vplyvom nabitých častíc odchyľuje od svojej primárnej trajektórie. Nový smer je presne tam, kde sú umiestnené elektródy.
6. Záverečná fáza. Medzi elektródami sa vytvára elektrický prúd. Toto je koniec cyklu.

Základné klasifikácie

Existuje mnoho variantov hotového zariadenia, ale princíp fungovania bude prakticky rovnaký v každom z nich. Napríklad je možné spustiť magnetohydrodynamický generátor na tuhé palivo, ako sú produkty spaľovania fosílnych palív. Ako zdroj energie sa používajú aj pary alkalických kovov a ich dvojfázové zmesi s tekutými kovmi. Podľa trvania prevádzky sú generátory MHD rozdelené na dlhodobé a krátkodobé a tieto sú pulzné a výbušné. Medzi zdroje tepla možno zaradiť jadrové reaktory, zariadenia na výmenu tepla a prúdové motory.

Okrem toho existuje aj klasifikácia podľa typu pracovného cyklu. Tu sa rozdelenie vyskytuje iba na dve hlavné typy. Generátory s otvoreným cyklom majú pracovnú tekutinu zmiešanú s prísadami. Produkty spaľovania prechádzajú pracovnou komorou, kde sa v procese očistia od nečistôt a uvoľnia sa do atmosféry. V uzavretom cykle pracovná tekutina vstupuje do výmenníka tepla a až potom vstupuje do komory generátora. Ďalej produkty spaľovania čakajú na kompresor, ktorý ukončí cyklus. Potom sa pracovná tekutina vráti do prvého stupňa vo výmenníku tepla.

Hlavné Rysy

Ak sa otázka, čo produkuje magnetohydrodynamický generátor, môže považovať za úplne osvetlenú, mali by sa uviesť hlavné technické parametre takýchto zariadení. Prvým z nich je pravdepodobne moc. Je úmerná vodivosti pracovnej tekutiny, ako aj štvorcom sily magnetického poľa a jeho rýchlosti. Ak je pracovnou tekutinou plazma s teplotou asi 2-3 tisíc Kelvinov, potom je vodivosť úmerná 11-13 stupňom a nepriamo úmerná druhej odmocnine tlaku.

Je tiež potrebné poskytnúť údaje o prietoku a indukcii magnetického poľa. Prvá z týchto charakteristík sa značne líši, od podzvukových rýchlostí až po hypersonické rýchlosti až do 1900 metrov za sekundu. Pokiaľ ide o indukciu magnetického poľa, závisí to od konštrukcie magnetov. Ak sú vyrobené z ocele, horná tyč bude nastavená na 2 Tl. Pre systém, ktorý pozostáva zo supravodivých magnetov, sa táto hodnota zvyšuje na 6-8 Tl.

Aplikácia generátorov MHD

Rozsiahle používanie takýchto zariadení dnes nie je potrebné pozorovať. Napriek tomu je teoreticky možné stavať elektrárne s magnetohydrodynamickými generátormi. Celkovo existujú tri prijateľné variácie:

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

Perspektíva zariadení

Relevantnosť magnetohydrodynamických generátorov závisí od mnohých faktorov a stále nevyriešených problémov. Ako príklad môžeme uviesť schopnosť takýchto zariadení generovať iba jednosmerný prúd, čo znamená, že na ich údržbu je potrebné navrhnúť dostatočne výkonné a navyše ekonomické meniče.

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

Ďalšie možnosti aplikácie

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