Magnetohidrodinamik jeneratör: cihaz, çalışma prensibi ve amaç

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Dünya gezegenindeki tüm alternatif enerji kaynakları şimdiye kadar incelenmedi ve başarıyla uygulanmadı. Bununla birlikte, insanlık bu yönde aktif olarak gelişiyor ve yeni seçenekler buluyor. Bunlardan biri manyetik alan içindeki elektrolitten enerji elde etmekti.

Tasarlanmış efekt ve ismin kökeni

Bu alandaki ilk çalışmalar, 1832 gibi erken bir tarihte laboratuvar koşullarında çalışan Faraday'a atfedilir. Sözde manyetohidrodinamik etkiyi araştırdı, daha doğrusu elektromanyetik bir itici güç arıyordu ve bunu başarıyla uygulamaya çalıştı. Thames Nehri'nin akımı bir enerji kaynağı olarak kullanıldı. Efektin adıyla birlikte, kurulum aynı zamanda adını da aldı - bir manyetohidrodinamik jeneratör.

Bu MHD cihazı doğrudan birenerji biçiminden diğerine, yani mekanikten elektriğe. Böyle bir işlemin özellikleri ve bir bütün olarak çalışma prensibinin açıklaması, manyetohidrodinamikte ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Jeneratörün kendisi bu disiplinden sonra adlandırılmıştır.

Etki eyleminin açıklaması

Öncelikle cihazın çalışması sırasında neler olduğunu anlamalısınız. Manyetohidrodinamik jeneratörün çalışma prensibini anlamanın tek yolu budur. Etki, bir elektrik alanının görünümüne ve tabii ki elektrolitte bir elektrik akımına dayanır. İkincisi, örneğin sıvı metal, plazma (gaz) veya su gibi çeşitli ortamlarla temsil edilir. Bundan, çalışma prensibinin elektrik üretmek için bir manyetik alan kullanan elektromanyetik indüksiyona dayandığı sonucuna varabiliriz.

İletkenin alan kuvvet çizgileriyle kesişmesi gerektiği ortaya çıktı. Bu da, hareketli parçacıklara göre zıt yüklü iyon akışlarının cihaz içinde görünmeye başlaması için zorunlu bir koşuldur. Alan çizgilerinin davranışını not etmek de önemlidir. Onlardan oluşan manyetik alan, iletkenin içinde iyon yüklerinin bulunduğu yönün tersi yönünde hareket eder.

MHD oluşturucunun tanımı ve tarihçesi

Kurulum, termal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için bir cihazdır. Yukarıdakileri tamamen uygularEtki. Aynı zamanda, manyetohidrodinamik jeneratörler, bir zamanlar, ilk örneklerinin inşası yirminci yüzyılın önde gelen bilim adamlarının zihnini meşgul eden oldukça yenilikçi ve çığır açan bir fikir olarak kabul edildi. Yakında, bu tür projeler için fon tamamen açık olmayan nedenlerle tükendi. İlk deneysel enstalasyonlar zaten kuruldu, ancak kullanımları terk edildi.

Manyetodinamik jeneratörlerin ilk tasarımları 1907-910'da tanımlandı, ancak bir dizi çelişkili fiziksel ve mimari özellik nedeniyle oluşturulamadı. Örnek olarak, gazlı bir ortamda 2500-3000 santigrat derece çalışma sıcaklıklarında normal şekilde çalışabilecek malzemelerin henüz oluşturulmadığını söyleyebiliriz. Rus modelinin, Ryazan bölgesinde eyalet bölgesi elektrik santraline yakın bir yerde bulunan Novomichurinsk şehrinde özel olarak inşa edilmiş bir MGDES'te görünmesi gerekiyordu. Proje 1990'ların başında iptal edildi.

Cihaz nasıl çalışır

Manyetohidrodinamik jeneratörlerin tasarımı ve çalışma prensibi, çoğunlukla sıradan makine çeşitlerininkileri tekrar eder. Temel, elektromanyetik indüksiyonun etkisidir, bu, iletkende bir akımın göründüğü anlamına gelir. Bunun nedeni, ikincisinin cihazın içindeki manyetik alan çizgilerini geçmesidir. Ancak makine ve MHD jeneratörleri arasında bir fark vardır. Bu, manyetohidrodinamik varyantlar için olduğu gerçeğinde yatmaktadır.iletken doğrudan çalışan vücudun kendisi tarafından kullanılır.

Eylem ayrıca Lorentz kuvvetinden etkilenen yüklü parçacıklara dayanmaktadır. Çalışan akışkanın hareketi manyetik alan boyunca gerçekleşir. Bu nedenle, tam olarak zıt yönlere sahip yük taşıyıcı akışları vardır. Oluşum aşamasında, MHD jeneratörleri esas olarak elektriksel olarak iletken sıvılar veya elektrolitler kullandı. En çok çalışan vücut onlardı. Modern varyasyonlar plazmaya geçti. Yeni makineler için yük taşıyıcılar pozitif iyonlar ve serbest elektronlardır.

MHD jeneratörlerinin tasarımı

Cihazın ilk düğümüne, çalışma sıvısının hareket ettiği kanal denir. Şu anda, manyetohidrodinamik jeneratörler ana ortam olarak esas olarak plazmayı kullanır. Bir sonraki düğüm, çalışma sürecinde alınacak enerjiyi yönlendirmek için bir manyetik alan ve elektrotlar oluşturmaktan sorumlu bir mıknatıs sistemidir. Ancak kaynaklar farklı olabilir. Sistemde hem elektromıknatıslar hem de kalıcı mıknatıslar kullanılabilir.

Ardından, gaz elektriği iletir ve yaklaşık 10.000 Kelvin olan termal iyonizasyon sıcaklığına kadar ısıtır. Bu göstergeden sonra az altılmalıdır. Çalışma ortamına alkali metaller içeren özel katkı maddelerinin eklenmesi nedeniyle sıcaklık çubuğu 2, 2-2, 7 bin Kelvin'e düşüyor. Aksi takdirde, plazma yeterli değildir.derece etkilidir, çünkü elektriksel iletkenliğinin değeri aynı suyunkinden çok daha düşük olur.

Tipik cihaz döngüsü

Manyetohidrodinamik jeneratörün tasarımını oluşturan diğer düğümler, meydana geldikleri sırada işlevsel süreçlerin bir açıklamasıyla birlikte en iyi şekilde listelenir.

1. Yanma odası, içine yüklenen yakıtı alır. Oksitleyici maddeler ve çeşitli katkı maddeleri de eklenir.
2. Yakıt yanmaya başlar ve yanma sonucu gaz oluşmasına izin verir.
3. Ardından, jeneratör nozulu etkinleştirilir. Gazlar içinden geçer, ardından genişler ve hızları ses hızına yükselir.
4. Eylem, içinden bir manyetik alan geçen bir odaya gelir. Duvarlarında özel elektrotlar var. Döngünün bu aşamasında gazların devreye girdiği yer burasıdır.
5. O zaman yüklü parçacıkların etkisi altındaki çalışan vücut, birincil yörüngesinden sapar. Yeni yön tam olarak elektrotların olduğu yerdir.
6. Son aşama. Elektrotlar arasında bir elektrik akımı üretilir. Burası döngünün bittiği yer.

Ana sınıflandırmalar

Bitmiş cihaz için birçok seçenek var, ancak çalışma prensibi bunların herhangi birinde hemen hemen aynı olacaktır. Örneğin, fosil yanma ürünleri gibi katı yakıt üzerinde bir manyetohidrodinamik jeneratör başlatmak mümkündür. Ayrıca kaynak olarakenerji, alkali metal buharları ve bunların sıvı metallerle iki fazlı karışımları kullanılmaktadır. Çalışma süresine göre, MHD jeneratörleri uzun vadeli ve kısa vadeli ve ikincisi - darbeli ve patlayıcı olarak ayrılır. Isı kaynakları arasında nükleer reaktörler, ısı eşanjörleri ve jet motorları bulunur.

Ayrıca iş döngüsünün türüne göre bir sınıflandırma da vardır. Burada bölünme sadece iki ana tipte gerçekleşir. Açık çevrim jeneratörleri, katkı maddeleri ile karıştırılmış bir çalışma sıvısına sahiptir. Yanma ürünleri, işlem sırasında safsızlıklardan temizlendiği ve atmosfere salındığı çalışma odasından geçer. Kapalı bir çevrimde, çalışma sıvısı ısı eşanjörüne girer ve ancak bundan sonra jeneratör odasına girer. Daha sonra yanma ürünleri çevrimi tamamlayan kompresörü bekler. Bundan sonra, çalışma sıvısı ısı eşanjöründe ilk aşamaya geri döner.

Ana Özellikler

Bir manyetohidrodinamik jeneratörün ne ürettiği sorusu tamamen kapsanmış olarak kabul edilebilirse, bu tür cihazların ana teknik parametreleri sunulmalıdır. Önem bakımından bunlardan ilki muhtemelen güçtür. Çalışma akışkanının iletkenliği ile manyetik alan kuvvetinin kareleri ve hızı ile orantılıdır. Çalışma akışkanı sıcaklığı yaklaşık 2-3 bin Kelvin olan bir plazma ise, iletkenlik 11-13 derecede onunla orantılı ve basıncın kareköküyle ters orantılıdır.

Ayrıca akış hızı vemanyetik alan indüksiyonu. Bu özelliklerden ilki, ses altı hızlardan 1900 metre/saniyeye kadar olan hipersonik hızlara kadar oldukça geniş bir yelpazede değişiklik gösterir. Manyetik alanın indüksiyonuna gelince, bu mıknatısların tasarımına bağlıdır. Çelikten yapılmışlarsa, üst çubuk yaklaşık 2 T'ye ayarlanacaktır. Süper iletken mıknatıslardan oluşan bir sistem için bu değer 6-8 T'ye çıkar.

MHD jeneratörlerinin uygulanması

Günümüzde bu tür cihazların yaygın kullanımı gözlenmemektedir. Bununla birlikte, manyetohidrodinamik jeneratörlerle elektrik santralleri kurmak teorik olarak mümkündür. Toplamda üç geçerli varyasyon vardır:

1. Füzyon santralleri. Bir MHD üreteci ile nötronsuz bir döngü kullanırlar. Yakıt olarak yüksek sıcaklıklarda plazma kullanmak gelenekseldir.
2. Termik santraller. Açık tip bir döngü kullanılır ve kurulumların kendisi tasarım özellikleri açısından oldukça basittir. Hala gelişme olasılığı olan bu seçenek.
3. Nükleer santraller. Bu durumda çalışma sıvısı inert bir gazdır. Kapalı bir çevrimde bir nükleer reaktörde ısıtılır. Ayrıca gelişme umutları da var. Ancak uygulama olasılığı, çalışma akışkanı sıcaklığı 2 bin Kelvin'in üzerinde olan nükleer reaktörlerin ortaya çıkmasına bağlıdır.

Cihaz Perspektifi

Manyetohidrodinamik jeneratörlerin alaka düzeyi bir dizi faktöre vesorunlar hala çözülmedi. Bir örnek, bu tür cihazların yalnızca doğru akım üretme yeteneğidir; bu, bakımları için yeterince güçlü ve ayrıca ekonomik invertörler tasarlamanın gerekli olduğu anlamına gelir.

Görünür bir diğer sorun, yakıtın aşırı sıcaklıklara ısıtıldığı koşullarda yeterince uzun süre çalışabilecek gerekli malzemelerin eksikliğidir. Aynısı, bu tür jeneratörlerde kullanılan elektrotlar için de geçerlidir.

Diğer kullanımlar

Enerji santrallerinin kalbinde yer almasına ek olarak, bu cihazlar nükleer enerji için çok faydalı olacak özel santrallerde de çalışabilmektedir. Hipersonik uçak sistemlerinde manyetohidrodinamik jeneratör kullanımına da izin verilmektedir, ancak şimdiye kadar bu alanda herhangi bir ilerleme gözlemlenmemiştir.