Gjenerator magnetohidrodinamik: pajisja, parimi i funksionimit dhe qëllimi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Jo të gjitha burimet alternative të energjisë në planetin Tokë janë studiuar dhe zbatuar me sukses deri më tani. Sidoqoftë, njerëzimi po zhvillohet në mënyrë aktive në këtë drejtim dhe po gjen opsione të reja. Një prej tyre ishte marrja e energjisë nga elektroliti, i cili ndodhet në një fushë magnetike.

Efekti i projektuar dhe origjina e emrit

Punimet e para në këtë fushë i atribuohen Faradeit, i cili punoi në kushte laboratorike që në vitin 1832. Ai hetoi të ashtuquajturin efekt magnetohidrodinamik, ose më saktë, ai po kërkonte një forcë lëvizëse elektromagnetike dhe u përpoq ta zbatonte me sukses. Rryma e lumit Thames u përdor si burim energjie. Së bashku me emrin e efektit, instalimi mori edhe emrin e tij - një gjenerator magnetohidrodinamik.

Kjo pajisje MHD konverton drejtpërdrejt një të tillëformë e energjisë në një tjetër, përkatësisht mekanike në elektrike. Karakteristikat e një procesi të tillë dhe përshkrimi i parimit të funksionimit të tij në tërësi përshkruhen në detaje në magnetohidrodinamikë. Vetë gjeneratori u emërua pas kësaj disipline.

Përshkrimi i veprimit të efektit

Së pari, duhet të kuptoni se çfarë ndodh gjatë funksionimit të pajisjes. Kjo është mënyra e vetme për të kuptuar parimin e gjeneratorit magnetohidrodinamik në veprim. Efekti bazohet në shfaqjen e një fushe elektrike dhe, natyrisht, në një rrymë elektrike në elektrolit. Kjo e fundit përfaqësohet nga media të ndryshme, për shembull, metal i lëngshëm, plazma (gaz) ose ujë. Nga kjo mund të konkludojmë se parimi i funksionimit bazohet në induksionin elektromagnetik, i cili përdor një fushë magnetike për të gjeneruar energji elektrike.

Rezulton se përcjellësi duhet të kryqëzohet me linjat e fushës së forcës. Ky, nga ana tjetër, është një kusht i detyrueshëm që rrjedhat e joneve me ngarkesa të kundërta në lidhje me grimcat lëvizëse të fillojnë të shfaqen brenda pajisjes. Është gjithashtu e rëndësishme të vihet re sjellja e linjave të fushës. Fusha magnetike e ndërtuar prej tyre lëviz brenda vetë përcjellësit në drejtim të kundërt nga ai ku ndodhen ngarkesat jonike.

Përkufizimi dhe historia e gjeneratorit MHD

Instalimi është një pajisje për shndërrimin e energjisë termike në energji elektrike. Ajo zbaton plotësisht sa më sipërEfekti. Në të njëjtën kohë, gjeneratorët magnetohidrodinamikë u konsideruan në një kohë si një ide mjaft novatore dhe përparimtare, ndërtimi i mostrave të para të të cilave pushtoi mendjet e shkencëtarëve kryesorë të shekullit të njëzetë. Së shpejti, financimi për projekte të tilla mbaroi për arsye që nuk janë plotësisht të qarta. Instalimet e para eksperimentale janë ngritur tashmë, por përdorimi i tyre është braktisur.

Dizajnet e para të gjeneratorëve magnetodinamikë u përshkruan në vitet 1907-910, megjithatë, ato nuk mund të krijoheshin për shkak të një numri karakteristikash kontradiktore fizike dhe arkitekturore. Si shembull, mund të përmendim faktin se ende nuk janë krijuar materiale që mund të funksionojnë normalisht në temperaturat e punës prej 2500-3000 gradë Celsius në një mjedis të gaztë. Modeli rus ishte menduar të shfaqej në një MGDES të ndërtuar posaçërisht në qytetin e Novomichurinsk, i cili ndodhet në rajonin Ryazan në afërsi të termocentralit të qarkut shtetëror. Projekti u anulua në fillim të viteve 1990.

Si funksionon pajisja

Dizajni dhe parimi i funksionimit të gjeneratorëve magnetohidrodinamikë në pjesën më të madhe përsërisin ato të varianteve të zakonshme të makinerive. Baza është efekti i induksionit elektromagnetik, që do të thotë se një rrymë shfaqet në përcjellës. Kjo për faktin se kjo e fundit kalon linjat e fushës magnetike brenda pajisjes. Sidoqoftë, ekziston një ndryshim midis gjeneratorëve të makinës dhe MHD. Ai qëndron në faktin se për variantet magnetohidrodinamike sipërcjellësi përdoret drejtpërdrejt nga vetë trupi punues.

Veprimi bazohet gjithashtu në grimcat e ngarkuara, të cilat ndikohen nga forca Lorentz. Lëvizja e lëngut të punës ndodh nëpër fushën magnetike. Për shkak të kësaj, ka rrjedha të bartësve të ngarkesës me drejtime saktësisht të kundërta. Në fazën e formimit, gjeneratorët MHD përdorën kryesisht lëngje ose elektrolite përçuese elektrike. Ishin ata që ishin vetë organi i punës. Variacionet moderne kanë kaluar në plazma. Bartësit e ngarkesës për makinat e reja janë jonet pozitive dhe elektronet e lira.

Dizajni i gjeneratorëve MHD

Nyja e parë e pajisjes quhet kanali nëpër të cilin lëviz lëngu i punës. Aktualisht, gjeneratorët magnetohidrodinamikë përdorin kryesisht plazmën si mediumin kryesor. Nyja tjetër është një sistem magnetësh që janë përgjegjës për krijimin e një fushe magnetike dhe elektrodave për të devijuar energjinë që do të merret gjatë procesit të punës. Megjithatë, burimet mund të jenë të ndryshme. Si elektromagnetët ashtu edhe magnetët e përhershëm mund të përdoren në sistem.

Më pas, gazi përcjell elektricitetin dhe nxehet deri në temperaturën e jonizimit termik, e cila është afërsisht 10,000 Kelvin. Pas këtij treguesi duhet të reduktohet. Shiriti i temperaturës bie në 2, 2-2, 7 mijë Kelvin për faktin se në mjedisin e punës shtohen aditivë të veçantë me metale alkali. Përndryshe, plazma nuk është e mjaftueshmeshkallë efektive, sepse vlera e përçueshmërisë së tij elektrike bëhet shumë më e ulët se ajo e të njëjtit ujë.

Cikli tipik i pajisjes

Nyjet e tjera që përbëjnë dizajnin e gjeneratorit magnetohidrodinamik renditen më së miri së bashku me një përshkrim të proceseve funksionale në sekuencën në të cilën ato ndodhin.

1. Dhoma e djegies merr karburantin e ngarkuar në të. Shtohen gjithashtu agjentë oksidues dhe aditivë të ndryshëm.
2. Lënda djegëse fillon të digjet, duke lejuar që gazi të formohet si produkt i djegies.
3. Më pas, gryka e gjeneratorit aktivizohet. Gazet kalojnë nëpër të, pas së cilës ato zgjerohen dhe shpejtësia e tyre rritet deri në shpejtësinë e zërit.
4. Veprimi vjen në një dhomë që kalon një fushë magnetike nëpër vetvete. Në muret e saj janë elektroda të veçanta. Këtu hyjnë gazrat në këtë fazë të ciklit.
5. Pastaj trupi punues nën ndikimin e grimcave të ngarkuara devijon nga trajektorja e tij parësore. Drejtimi i ri është pikërisht aty ku janë elektrodat.
6. Faza përfundimtare. Një rrymë elektrike gjenerohet midis elektrodave. Këtu përfundon cikli.

Klasifikimet kryesore

Ka shumë opsione për pajisjen e përfunduar, por parimi i funksionimit do të jetë praktikisht i njëjtë në secilën prej tyre. Për shembull, është e mundur të lëshohet një gjenerator magnetohidrodinamik në lëndë djegëse të ngurtë si produktet e djegies fosile. Gjithashtu si burimenergjia, përdoren avujt e metaleve alkali dhe përzierjet e tyre dyfazore me metale të lëngëta. Sipas kohëzgjatjes së funksionimit, gjeneratorët MHD ndahen në afatgjatë dhe afatshkurtër, dhe kjo e fundit - në pulsuese dhe shpërthyese. Burimet e nxehtësisë përfshijnë reaktorët bërthamorë, shkëmbyesit e nxehtësisë dhe motorët e avionëve.

Përveç kësaj, ekziston edhe një klasifikim sipas llojit të ciklit të punës. Këtu ndarja ndodh vetëm në dy lloje kryesore. Gjeneratorët e ciklit të hapur kanë një lëng pune të përzier me aditivë. Produktet e djegies kalojnë nëpër dhomën e punës, ku pastrohen nga papastërtitë gjatë procesit dhe lëshohen në atmosferë. Në një cikël të mbyllur, lëngu i punës hyn në shkëmbyesin e nxehtësisë dhe vetëm atëherë hyn në dhomën e gjeneratorit. Më pas, produktet e djegies janë duke pritur për kompresorin, i cili përfundon ciklin. Pas kësaj, lëngu i punës kthehet në fazën e parë në shkëmbyesin e nxehtësisë.

Veçoritë kryesore

Nëse çështja se çfarë prodhon një gjenerator magnetohidrodinamik mund të konsiderohet plotësisht e mbuluar, atëherë duhet të paraqiten parametrat kryesorë teknikë të pajisjeve të tilla. E para nga këto në rëndësi është ndoshta fuqia. Është proporcionale me përçueshmërinë e lëngut punues, si dhe me katrorët e forcës së fushës magnetike dhe shpejtësinë e saj. Nëse lëngu i punës është një plazmë me një temperaturë prej rreth 2-3 mijë Kelvin, atëherë përçueshmëria është proporcionale me të në 11-13 gradë dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rrënjën katrore të presionit.

Duhet gjithashtu të jepni të dhëna për shpejtësinë e rrjedhës dheinduksioni i fushës magnetike. E para prej këtyre karakteristikave ndryshon mjaft gjerësisht, duke filluar nga shpejtësia nënsonike në shpejtësi hipersonike deri në 1900 metra në sekondë. Sa i përket induksionit të fushës magnetike, kjo varet nga dizajni i magneteve. Nëse ato janë prej çeliku, atëherë shiriti i sipërm do të vendoset në rreth 2 T. Për një sistem që përbëhet nga magnet superpërcjellës, kjo vlerë rritet në 6-8 T.

Aplikimi i gjeneratorëve MHD

Përdorimi i gjerë i pajisjeve të tilla sot nuk vërehet. Megjithatë, teorikisht është e mundur të ndërtohen termocentrale me gjeneratorë magnetohidrodinamikë. Ka tre variacione të vlefshme në total:

1. Telektrocentrale me shkrirje. Ata përdorin një cikël pa neutrone me një gjenerator MHD. Është zakon të përdoret plazma në temperatura të larta si lëndë djegëse.
2. Termocentralet. Përdoret një lloj cikli i hapur, dhe vetë instalimet janë mjaft të thjeshta për sa i përket veçorive të projektimit. Është ky opsion që ka ende perspektiva për zhvillim.
3. Trancat bërthamore. Lëngu i punës në këtë rast është një gaz inert. Ajo nxehet në një reaktor bërthamor në një cikël të mbyllur. Ajo gjithashtu ka perspektiva për zhvillim. Megjithatë, mundësia e aplikimit varet nga shfaqja e reaktorëve bërthamorë me një temperaturë të lëngut punues mbi 2 mijë Kelvin.

Perspektiva e pajisjes

Rëndësia e gjeneratorëve magnetohidrodinamikë varet nga një sërë faktorësh dheprobleme ende të pazgjidhura. Një shembull është aftësia e pajisjeve të tilla për të gjeneruar vetëm rrymë direkte, që do të thotë se për mirëmbajtjen e tyre është e nevojshme të projektohen inverterë mjaftueshëm të fuqishëm dhe, për më tepër, ekonomikë.

Një problem tjetër i dukshëm është mungesa e materialeve të nevojshme që mund të funksionojnë për një kohë mjaft të gjatë në kushtet e ngrohjes së karburantit deri në temperatura ekstreme. E njëjta gjë vlen edhe për elektrodat e përdorura në gjeneratorë të tillë.

Përdorime të tjera

Përveç funksionimit në zemër të termocentraleve, këto pajisje janë në gjendje të punojnë edhe në termocentrale speciale, të cilat do të ishin shumë të dobishme për energjinë bërthamore. Përdorimi i një gjeneratori magnetohidrodinamik lejohet edhe në sistemet e avionëve hipersonikë, por deri më tani nuk është vërejtur përparim në këtë fushë.