Magnetohidrodinamiese kragopwekker: toestel, werkingsbeginsel en doel

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Nie alle alternatiewe energiebronne op planeet Aarde is tot dusver bestudeer en suksesvol toegepas nie. Nietemin ontwikkel die mensdom aktief in hierdie rigting en vind nuwe opsies. Een daarvan was om energie te verkry uit die elektroliet, wat in 'n magnetiese veld is.

Ontwerpe effek en oorsprong van die naam

Die eerste werke in hierdie veld word toegeskryf aan Faraday, wat so vroeg as 1832 in laboratoriumtoestande gewerk het. Hy het die sogenaamde magnetohidrodinamiese effek ondersoek, of liewer, hy het 'n elektromagnetiese dryfkrag gesoek en probeer om dit suksesvol toe te pas. Die stroom van die Teemsrivier is as 'n bron van energie gebruik. Saam met die naam van die effek het die installasie ook sy naam gekry - 'n magnetohidrodinamiese kragopwekker.

Hierdie MHD-toestel skakel een direk omvorm van energie in 'n ander, naamlik meganiese in elektriese. Die kenmerke van so 'n proses en die beskrywing van die beginsel van sy werking as 'n geheel word in detail beskryf in magnetohidrodinamika. Die kragopwekker self is na hierdie dissipline vernoem.

Beskrywing van effekaksie

In die eerste plek moet jy verstaan wat tydens die werking van die toestel gebeur. Dit is die enigste manier om die beginsel van die magnetohidrodinamiese kragopwekker in aksie te verstaan. Die effek is gebaseer op die voorkoms van 'n elektriese veld en natuurlik 'n elektriese stroom in die elektroliet. Laasgenoemde word verteenwoordig deur verskeie media, byvoorbeeld vloeibare metaal, plasma (gas) of water. Hieruit kan ons aflei dat die werkingsbeginsel gebaseer is op elektromagnetiese induksie, wat 'n magnetiese veld gebruik om elektrisiteit op te wek.

Dit blyk dat die geleier met die veldlyne van krag moet sny. Dit is op sy beurt 'n verpligte voorwaarde vir die vloei van ione met teenoorgestelde ladings relatief tot die bewegende deeltjies om binne die toestel te begin verskyn. Dit is ook belangrik om te let op die gedrag van die veldlyne. Die magneetveld wat daaruit gebou word, beweeg binne die geleier self in die teenoorgestelde rigting van die een waar die ioonladings geleë is.

Definisie en geskiedenis van die MHD-generator

Die installasie is 'n toestel om termiese energie in elektriese energie om te skakel. Dit pas bogenoemde volledig toeEffek. Terselfdertyd is magnetohidrodinamiese kragopwekkers op 'n tyd as nogal 'n innoverende en deurbraak idee beskou, waarvan die konstruksie van die eerste monsters die gedagtes van vooraanstaande wetenskaplikes van die twintigste eeu beset het. Gou het befondsing vir sulke projekte opgeraak om redes wat nie heeltemal duidelik is nie. Die eerste eksperimentele installasies is reeds opgerig, maar die gebruik daarvan is laat vaar.

Die heel eerste ontwerpe van magnetodinamiese kragopwekkers is in 1907-910 beskryf, maar hulle kon nie geskep word nie as gevolg van 'n aantal teenstrydige fisiese en argitektoniese kenmerke. As 'n voorbeeld kan ons die feit noem dat daar nog nie materiale geskep is wat normaal kan funksioneer by werkstemperature van 2500-3000 grade Celsius in 'n gasagtige omgewing nie. Die Russiese model was veronderstel om te verskyn in 'n spesiaal geboude MGDES in die stad Novomichurinsk, wat geleë is in die Ryazan-streek naby die staatsdistrikkragsentrale. Die projek is in die vroeë 1990's gekanselleer.

Hoe die toestel werk

Die ontwerp en werkingsbeginsel van magnetohidrodinamiese kragopwekkers herhaal meestal dié van gewone masjienvariante. Die basis is die effek van elektromagnetiese induksie, wat beteken dat 'n stroom in die geleier verskyn. Dit is te wyte aan die feit dat laasgenoemde die magnetiese veldlyne binne die toestel kruis. Daar is egter een verskil tussen masjien- en MHD-opwekkers. Dit lê in die feit dat vir magnetohidrodinamiese variante asgeleier word direk deur die werkende liggaam self gebruik.

Die aksie is ook gebaseer op gelaaide deeltjies, wat deur die Lorentz-krag beïnvloed word. Die beweging van die werksvloeistof vind oor die magnetiese veld plaas. As gevolg hiervan is daar vloeie van ladingdraers met presies teenoorgestelde rigtings. In die stadium van vorming het MHD-opwekkers hoofsaaklik elektries geleidende vloeistowwe of elektroliete gebruik. Dit was hulle wat die einste werkende liggaam was. Moderne variasies het oorgeskakel na plasma. Die ladingdraers vir die nuwe masjiene is positiewe ione en vrye elektrone.

Ontwerp van MHD-kragopwekkers

Die eerste nodus van die toestel word die kanaal genoem waardeur die werkvloeistof beweeg. Tans gebruik magnetohidrodinamiese kragopwekkers hoofsaaklik plasma as die hoofmedium. Die volgende nodus is 'n stelsel van magnete wat verantwoordelik is vir die skep van 'n magnetiese veld en elektrodes om die energie wat tydens die werksproses ontvang sal word, af te lei. Die bronne kan egter anders wees. Beide elektromagnete en permanente magnete kan in die stelsel gebruik word.

Volgende, die gas gelei elektrisiteit en verhit tot die termiese ionisasie temperatuur, wat ongeveer 10 000 Kelvin is. Na hierdie aanwyser moet verminder word. Die temperatuurbalk daal tot 2, 2-2, 7 duisend Kelvin as gevolg van die feit dat spesiale bymiddels met alkalimetale by die werksomgewing gevoeg word. Andersins is die plasma nie voldoende niegraad effektief, omdat die waarde van sy elektriese geleidingsvermoë baie laer word as dié van dieselfde water.

Tipiese toestelsiklus

Ander nodusse waaruit die ontwerp van die magnetohidrodinamiese kragopwekker bestaan, word die beste gelys saam met 'n beskrywing van die funksionele prosesse in die volgorde waarin hulle voorkom.

1. Die verbrandingskamer ontvang die brandstof wat daarin gelaai word. Oksidasiemiddels en verskeie bymiddels word ook bygevoeg.
2. Die brandstof begin brand, wat gas laat vorm as 'n produk van verbranding.
3. Volgende word die generatorspuitstuk geaktiveer. Gasse gaan daardeur, waarna hulle uitsit, en hul spoed neem toe tot die spoed van klank.
4. Die aksie kom by 'n kamer wat 'n magnetiese veld deur homself laat beweeg. Op sy mure is spesiale elektrodes. Dit is waar die gasse in hierdie stadium van die siklus inkom.
5. Dan wyk die werkende liggaam onder die invloed van gelaaide deeltjies van sy primêre baan af. Die nuwe rigting is presies waar die elektrodes is.
6. Die laaste fase. 'n Elektriese stroom word tussen die elektrodes opgewek. Dit is waar die siklus eindig.

Hoofklassifikasies

Daar is baie opsies vir die voltooide toestel, maar die werkingsbeginsel sal feitlik dieselfde wees in enige van hulle. Dit is byvoorbeeld moontlik om 'n magnetohidrodinamiese kragopwekker op vaste brandstof soos fossielverbrandingsprodukte te begin. Ook as bronenergie, alkalimetaaldampe en hul tweefasemengsels met vloeibare metale word gebruik. Volgens die duur van die operasie word MHD-opwekkers verdeel in langtermyn- en korttermyn, en laasgenoemde - in gepulseerde en plofbare. Hittebronne sluit in kernreaktors, hitteruilers en straalenjins.

Boonop is daar ook 'n klassifikasie volgens die tipe werksiklus. Hier vind die verdeling slegs in twee hooftipes plaas. Oopsiklus kragopwekkers het 'n werkende vloeistof gemeng met bymiddels. Die verbrandingsprodukte gaan deur die werkkamer, waar dit in die proses van onsuiwerhede skoongemaak word en in die atmosfeer vrygelaat word. In 'n geslote siklus gaan die werksvloeistof die hitteruiler binne en gaan dan eers die kragopwekkerkamer binne. Vervolgens wag die verbrandingsprodukte vir die kompressor, wat die siklus voltooi. Daarna keer die werkvloeistof terug na die eerste stadium in die hitteruiler.

Hoofkenmerke

As die vraag wat 'n magnetohidrodinamiese kragopwekker produseer, volledig gedek kan word, moet die belangrikste tegniese parameters van sulke toestelle aangebied word. Die eerste hiervan is waarskynlik krag. Dit is eweredig aan die geleidingsvermoë van die werkvloeistof, sowel as die vierkante van die magneetveldsterkte en sy spoed. As die werkvloeistof 'n plasma is met 'n temperatuur van ongeveer 2-3 duisend Kelvin, dan is die geleidingsvermoë eweredig daaraan in 11-13 grade en omgekeerd eweredig aan die vierkantswortel van die druk.

Jy moet ook data verskaf oor die vloeitempo enmagnetiese veld induksie. Die eerste van hierdie kenmerke verskil redelik wyd, wat wissel van subsoniese snelhede tot hipersoniese snelhede tot 1900 meter per sekonde. Wat die induksie van die magnetiese veld betref, dit hang af van die ontwerp van die magnete. As hulle van staal gemaak is, sal die boonste staaf op ongeveer 2 T gestel word. Vir 'n stelsel wat uit supergeleidende magnete bestaan, styg hierdie waarde tot 6-8 T.

Toepassing van MHD-kragopwekkers

Wye gebruik van sulke toestelle vandag word nie waargeneem nie. Nietemin is dit teoreties moontlik om kragsentrales met magnetohidrodinamiese kragopwekkers te bou. Daar is drie geldige variasies in totaal:

1. Fusie-kragsentrales. Hulle gebruik 'n neutronlose siklus met 'n MHD-generator. Dit is gebruiklik om plasma by hoë temperature as brandstof te gebruik.
2. Termiese kragsentrales.’n Oop tipe siklus word gebruik, en die installasies self is redelik eenvoudig in terme van ontwerpkenmerke. Dit is hierdie opsie wat steeds vooruitsigte vir ontwikkeling het.
3. Kernkragsentrales. Die werkvloeistof in hierdie geval is 'n inerte gas. Dit word in 'n kernreaktor in 'n geslote siklus verhit. Dit het ook vooruitsigte vir ontwikkeling. Die moontlikheid van toepassing hang egter af van die opkoms van kernreaktors met 'n werkvloeistoftemperatuur bo 2 duisend Kelvin.

Toestelperspektief

Die relevansie van magnetohidrodinamiese kragopwekkers hang af van 'n aantal faktore enprobleme nog onopgelos. 'n Voorbeeld is die vermoë van sulke toestelle om slegs gelykstroom op te wek, wat beteken dat dit vir die instandhouding daarvan nodig is om voldoende kragtige en boonop ekonomiese omsetters te ontwerp.

Nog 'n sigbare probleem is die gebrek aan nodige materiale wat vir 'n voldoende lang tyd kan werk in toestande van brandstofverhitting tot uiterste temperature. Dieselfde geld vir die elektrodes wat in sulke kragopwekkers gebruik word.

Ander gebruike

Benewens die funksionering in die hart van kragsentrales, kan hierdie toestelle in spesiale kragsentrales werk, wat baie nuttig sal wees vir kernenergie. Die gebruik van 'n magnetohidrodinamiese kragopwekker word ook in hipersoniese vliegtuigstelsels toegelaat, maar tot dusver is geen vordering op hierdie gebied waargeneem nie.