Magnitohidrodinamik generator: qurilma, ishlash printsipi va maqsadi

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Yer sayyorasidagi barcha muqobil energiya manbalari hozirgacha oʻrganilmagan va muvaffaqiyatli qoʻllanilmagan. Shunga qaramay, insoniyat bu yo'nalishda faol rivojlanmoqda va yangi variantlarni topmoqda. Ulardan biri magnit maydondagi elektrolitdan energiya olish edi.

Ismning ishlab chiqilgan effekti va kelib chiqishi

Bu sohadagi birinchi ishlar 1832-yildayoq laboratoriya sharoitida ishlagan Faradayga tegishli. U magnithidrodinamik effekt deb ataluvchi ta'sirni tadqiq qildi, to'g'rirog'i, u elektromagnit harakatlantiruvchi kuchni qidirdi va uni muvaffaqiyatli qo'llashga harakat qildi. Temza daryosining oqimi energiya manbai sifatida ishlatilgan. Effekt nomi bilan bir qatorda o'rnatish o'z nomini ham oldi - magnithidrodinamik generator.

Ushbu MHD qurilmasi toʻgʻridan-toʻgʻri birini oʻzgartiradienergiya shakli boshqasiga, ya'ni mexanikdan elektrga aylanadi. Bunday jarayonning xususiyatlari va umuman uning ishlash printsipining tavsifi magnithidrodinamikada batafsil tavsiflangan. Generatorning o'zi shu fan nomi bilan atalgan.

Effekt ta'rifi

Avvalo, qurilmaning ishlashi vaqtida nima sodir boʻlishini tushunishingiz kerak. Bu magnithidrodinamik generatorning ishlash printsipini tushunishning yagona yo'li. Ta'sir elektr maydonining ko'rinishiga va, albatta, elektrolitda elektr tokiga asoslangan. Ikkinchisi turli xil vositalar, masalan, suyuq metall, plazma (gaz) yoki suv bilan ifodalanadi. Bundan xulosa qilishimiz mumkinki, ishlash printsipi elektromagnit induksiyaga asoslangan bo'lib, u elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun magnit maydondan foydalanadi.

Ma'lum bo'lishicha, o'tkazgich kuchning maydon chiziqlari bilan kesishishi kerak. Bu, o'z navbatida, qurilma ichida harakatlanuvchi zarrachalarga nisbatan qarama-qarshi zaryadli ionlar oqimlarining paydo bo'la boshlashi uchun majburiy shartdir. Maydon chiziqlarining xatti-harakatlariga ham e'tibor berish kerak. Ulardan qurilgan magnit maydon o'tkazgichning ichida ion zaryadlari joylashgan joyga teskari yo'nalishda harakat qiladi.

MHD generatorining ta'rifi va tarixi

O'rnatish - bu issiqlik energiyasini elektr energiyasiga aylantirish uchun qurilma. Bu yuqoridagilarni to'liq qo'llaydiEffekt. Shu bilan birga, magnit gidrodinamik generatorlar bir vaqtning o'zida juda innovatsion va ilg'or g'oya deb hisoblangan, uning birinchi namunalarini qurish XX asrning etakchi olimlari ongini egallagan. Ko'p o'tmay, bunday loyihalarni moliyalashtirish to'liq tushunarsiz sabablarga ko'ra tugadi. Birinchi eksperimental qurilmalar allaqachon qurilgan, biroq ulardan foydalanish to‘xtatilgan.

Magnitodinamik generatorlarning birinchi dizaynlari 1907-910 yillarda tasvirlangan, ammo bir qator qarama-qarshi jismoniy va me'moriy xususiyatlar tufayli ularni yaratish mumkin emas edi. Misol tariqasida, gazsimon muhitda 2500-3000 daraja Selsiy ish haroratida normal ishlashi mumkin bo'lgan materiallar hali yaratilmaganligini keltirishimiz mumkin. Rossiya modeli Ryazan viloyatida, davlat okrug elektr stansiyasiga yaqin joylashgan Novomichurinsk shahridagi maxsus qurilgan MGDESda paydo bo'lishi kerak edi. Loyiha 1990-yillar boshida bekor qilingan.

Qurilma qanday ishlaydi

Magnitogidrodinamik generatorlarning dizayni va ishlash printsipi ko'pincha oddiy mashina variantlarini takrorlaydi. Asos - elektromagnit induksiyaning ta'siri, ya'ni o'tkazgichda oqim paydo bo'ladi. Bu ikkinchisining qurilma ichidagi magnit maydon chiziqlarini kesib o'tishi bilan bog'liq. Biroq, mashina va MHD generatorlari o'rtasida bitta farq bor. Bu magnithidrodinamik variantlar uchun, deb aslida yotadio'tkazgich to'g'ridan-to'g'ri ishchi organning o'zi tomonidan ishlatiladi.

Harakat, shuningdek, Lorents kuchi ta'sirida bo'lgan zaryadlangan zarrachalarga ham asoslangan. Ishchi suyuqlikning harakati magnit maydon bo'ylab sodir bo'ladi. Shu sababli, to'liq qarama-qarshi yo'nalishli zaryad tashuvchilarning oqimlari mavjud. Shakllanish bosqichida MHD generatorlari asosan elektr o'tkazuvchan suyuqliklar yoki elektrolitlar ishlatilgan. Aynan ular juda ishlaydigan organ edilar. Zamonaviy o'zgarishlar plazmaga o'tdi. Yangi mashinalar uchun zaryad tashuvchilar musbat ionlar va erkin elektronlardir.

MHD generatorlari dizayni

Qurilmaning birinchi tuguniga ishchi suyuqlik harakatlanadigan kanal deyiladi. Hozirgi vaqtda magnit gidrodinamik generatorlar asosan plazmadan asosiy vosita sifatida foydalanadilar. Keyingi tugun - bu ish jarayonida olinadigan energiyani yo'n altirish uchun magnit maydon va elektrodlarni yaratish uchun mas'ul bo'lgan magnitlar tizimi. Biroq, manbalar boshqacha bo'lishi mumkin. Tizimda elektromagnit va doimiy magnitlardan foydalanish mumkin.

Keyin, gaz elektr tokini o'tkazadi va taxminan 10 000 Kelvin bo'lgan termal ionlanish haroratiga qadar qiziydi. Ushbu ko'rsatkichdan keyin kamaytirish kerak. Ish muhitiga gidroksidi metallar bilan maxsus qo'shimchalar qo'shilganligi sababli harorat bari 2, 2-2, 7 ming Kelvinga tushadi. Aks holda, plazma etarli emasdarajada samarali, chunki uning elektr o'tkazuvchanligi qiymati bir xil suvnikidan ancha past bo'ladi.

Odatdagi qurilma aylanishi

Magnitogidrodinamik generatorning konstruksiyasini tashkil etuvchi boshqa tugunlar ular sodir boʻladigan ketma-ketlikda funktsional jarayonlar tavsifi bilan birga eng yaxshi roʻyxatda keltirilgan.

1. Yonish kamerasi unga yuklangan yoqilg'ini qabul qiladi. Oksidlovchi moddalar va turli qo'shimchalar ham qo'shiladi.
2. Yoqilg'i yona boshlaydi va bu yonish mahsuloti sifatida gaz hosil bo'lishiga imkon beradi.
3. Keyin, generator nozli ishga tushiriladi. U orqali gazlar o'tadi, shundan so'ng ular kengayadi va tezligi tovush tezligigacha oshadi.
4. Aksiya magnit maydonni oʻzidan oʻtkazuvchi kameraga keladi. Uning devorlarida maxsus elektrodlar mavjud. Aynan shu erda gazlar tsiklning ushbu bosqichiga kiradi.
5. Keyin zaryadlangan zarralar ta'sirida ishchi jism o'zining birlamchi traektoriyasidan chetga chiqadi. Yangi yoʻnalish aynan elektrodlar joylashgan joyda.
6. Yakuniy bosqich. Elektrodlar o'rtasida elektr toki hosil bo'ladi. Tsikl shu yerda tugaydi.

Asosiy tasniflar

Tayyor qurilma uchun ko'plab variantlar mavjud, ammo ularning har birida ishlash printsipi deyarli bir xil bo'ladi. Misol uchun, qazib olinadigan yonish mahsulotlari kabi qattiq yoqilg'ida magnit gidrodinamik generatorni ishga tushirish mumkin. Shuningdek, manba sifatidaenergiya, gidroksidi metall bug'lari va ularning suyuq metallar bilan ikki fazali aralashmalari ishlatiladi. Ishlash muddatiga ko'ra, MHD generatorlari uzoq muddatli va qisqa muddatli, ikkinchisi esa - impulsli va portlovchilarga bo'linadi. Issiqlik manbalariga yadro reaktorlari, issiqlik almashtirgichlar va reaktiv dvigatellar kiradi.

Bundan tashqari, ish siklining turiga qarab tasnif ham mavjud. Bu erda bo'linish faqat ikkita asosiy turga bo'linadi. Ochiq tsiklli generatorlarda qo'shimchalar bilan aralashtirilgan ishchi suyuqlik mavjud. Yonish mahsulotlari ish kamerasidan o'tadi, u erda ular jarayonda aralashmalardan tozalanadi va atmosferaga chiqariladi. Yopiq tsiklda ishchi suyuqlik issiqlik almashtirgichga kiradi va shundan keyingina generator kamerasiga kiradi. Keyinchalik, yonish mahsulotlari tsiklni yakunlaydigan kompressorni kutmoqda. Shundan so'ng, ishchi suyuqlik issiqlik almashtirgichdagi birinchi bosqichga qaytadi.

Asosiy xususiyatlar

Agar magnithidrodinamik generatorni nima ishlab chiqaradi degan savolni to'liq qamrab olingan deb hisoblash mumkin bo'lsa, unda bunday qurilmalarning asosiy texnik parametrlarini ko'rsatish kerak. Ulardan birinchisi, ehtimol, kuchdir. Bu ishchi suyuqlikning o'tkazuvchanligiga, shuningdek magnit maydon kuchining kvadratlariga va uning tezligiga mutanosibdir. Agar ishchi suyuqlik harorati taxminan 2-3 ming Kelvin bo'lgan plazma bo'lsa, u holda o'tkazuvchanlik unga 11-13 daraja proportsional va bosimning kvadrat ildiziga teskari proportsionaldir.

Shuningdek, oqim tezligi va ma'lumotlarini taqdim etishingiz kerakmagnit maydon induksiyasi. Ushbu xususiyatlarning birinchisi juda keng tarqalgan bo'lib, subsonik tezlikdan sekundiga 1900 metrgacha bo'lgan gipertovush tezligigacha o'zgaradi. Magnit maydonning induksiyasiga kelsak, bu magnitlarning dizayniga bog'liq. Agar ular po'latdan yasalgan bo'lsa, u holda yuqori bar 2 T atrofida o'rnatiladi. Supero'tkazuvchi magnitlardan tashkil topgan tizim uchun bu qiymat 6-8 T gacha ko'tariladi.

MHD generatorlarini qoʻllash

Bugungi kunda bunday qurilmalardan keng foydalanish kuzatilmagan. Shunga qaramay, nazariy jihatdan magnit gidrodinamik generatorlar bilan elektr stansiyalarini qurish mumkin. Jami uchta toʻgʻri variant bor:

1. Fusion elektr stantsiyalari. Ular MHD generatori bilan neytronsiz tsikldan foydalanadilar. Yoqilg'i sifatida yuqori haroratlarda plazmadan foydalanish odatiy holdir.
2. Issiqlik elektr stansiyalari. Ochiq turdagi tsikl ishlatiladi va o'rnatishning o'zi dizayn xususiyatlari jihatidan juda oddiy. Aynan shu variant hali ham rivojlanish istiqbollariga ega.
3. Atom elektr stansiyalari. Bu holda ishlaydigan suyuqlik inert gazdir. U yadroviy reaktorda yopiq siklda isitiladi. Uning rivojlanish istiqbollari ham bor. Biroq, qo'llash imkoniyati ishchi suyuqlik harorati 2 ming Kelvindan yuqori bo'lgan yadro reaktorlarining paydo bo'lishiga bog'liq.

Qurilma istiqboli

Magnitohidrodinamik generatorlarning dolzarbligi bir qator omillarga bog'liq vamuammolar haligacha hal etilmagan. Masalan, bunday qurilmalarning faqat to'g'ridan-to'g'ri oqim hosil qilish qobiliyati, ya'ni ularga texnik xizmat ko'rsatish uchun etarlicha kuchli va bundan tashqari, tejamkor invertorlarni loyihalash zarur.

Yana bir ko'rinadigan muammo - bu yoqilg'ining haddan tashqari haroratgacha qizishi sharoitida etarlicha uzoq vaqt ishlashi mumkin bo'lgan zarur materiallarning etishmasligi. Xuddi shu narsa generatorlarda ishlatiladigan elektrodlarga ham tegishli.

Boshqa foydalanish

Elektr stansiyalarining markazida ishlashdan tashqari, bu qurilmalar atom energiyasi uchun juda foydali bo'lgan maxsus elektr stansiyalarida ishlashga qodir. Magnithidrodinamik generatordan foydalanishga gipertovushli samolyot tizimlarida ham ruxsat berilgan, ammo hozircha bu sohada hech qanday taraqqiyot kuzatilmagan.