Магнитгидродинамикалык генератор: түзүлүш, иштөө принциби жана максаты

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Жер планетасында бардык альтернативдүү энергия булактары изилденип, ийгиликтүү колдонула элек. Ошого карабастан, адамзат бул багытта жигердүү өнүгүп, жаңы варианттарды табууда. Алардын бири магнит талаасындагы электролиттен энергия алуу болгон.

Дайындалган эффект жана ысымдын келип чыгышы

Бул тармактагы алгачкы эмгектер 1832-жылы эле лабораториялык шарттарда иштеген Фарадейге таандык. Ал магнитогидродинамикалык эффект деп аталган нерсени изилдеген, тагыраак айтканда, ал электромагниттик кыймылдаткыч күчтү издеп, аны ийгиликтүү колдонууга аракет кылган. Энергия булагы катары Темза дарыясынын агымы колдонулган. Эффекттин аты менен бирге орнотуу өзүнүн атын да алды - магнитогидродинамикалык генератор.

Бул MHD түзмөгү бирди түз өзгөртөтэнергиянын башка формасына, тактап айтканда механикалык электр түрүнө. Мындай процесстин өзгөчөлүктөрү жана бүтүндөй анын иштөө принцибинин сүрөттөлүшү магнитогидродинамикада кеңири баяндалган. Генератордун өзү ушул дисциплинанын аты менен аталган.

Эффект аракетинин сүрөттөмөсү

Биринчиден, сиз аппараттын иштөө учурунда эмне болорун түшүнүшүңүз керек. Бул магнитогидродинамикалык генератордун иштөө принцибин түшүнүүнүн жалгыз жолу. Эффект электр талаасынын жана, албетте, электролитте электр тогунун пайда болушуна негизделген. Акыркысы ар кандай чөйрөлөр, мисалы, суюк металл, плазма (газ) же суу менен көрсөтүлөт. Мындан биз иштөө принциби электромагниттик индукцияга негизделген деген тыянак чыгарууга болот, ал электр энергиясын өндүрүү үчүн магнит талаасын колдонот.

Өткөргүч күчтүн талаа сызыктары менен кесилиши керек экен. Бул өз кезегинде аппараттын ичинде кыймылдуу бөлүкчөлөргө салыштырмалуу карама-каршы заряддуу иондордун агымы пайда боло башташы үчүн милдеттүү шарт болуп саналат. Ошондой эле талаа линияларынын жүрүм-турумун белгилей кетүү керек. Алардан түзүлгөн магнит талаасы өткөргүчтүн ичинде иондук заряддар жайгашкан жерге карама-каршы багытта жылат.

MHD генераторунун аныктамасы жана тарыхы

Орнотуу - бул жылуулук энергиясын электр энергиясына айландыруу үчүн түзүлүш. Ал жогоруда айтылгандарды толугу менен колдонотЭффект. Ошол эле учурда, магнитогидродинамикалык генераторлор бир убакта абдан новатордук жана сергек идея болуп эсептелген, анын алгачкы үлгүлөрүн куруу ХХ кылымдын алдыңкы окумуштууларынын оюн ээлеген. Көп өтпөй, мындай долбоорлорду каржылоо толугу менен түшүнүксүз себептерден улам түгөндү. Биринчи эксперименталдык орнотуулар мурунтан эле тургузулган, бирок аларды колдонуу токтотулган.

Магнитодинамикалык генераторлордун эң алгачкы конструкциялары 1907-910-жылдары сүрөттөлгөн, бирок бир катар карама-каршы физикалык жана архитектуралык өзгөчөлүктөрдөн улам аларды түзүү мүмкүн болгон эмес. Мисал катары газ чөйрөсүндө 2500-3000 градус Цельсийдеги иштөө температурасында нормалдуу иштей ала турган материалдардын али түзүлө электигин келтирсек болот. Орус модели Рязань облусунда мамлекеттик райондук электр станциясына жакын жайгашкан Новомичуринск шаарындагы атайын курулган MGDESде пайда болушу керек болчу. Долбоор 1990-жылдардын башында жокко чыгарылган.

Түзмөк кандай иштейт

Магнитогидродинамикалык генераторлордун конструкциясы жана иштөө принциби көбүнчө машинанын жөнөкөй варианттарын кайталайт. Негизги электромагниттик индукциянын эффектиси болуп саналат, ал өткөргүчтө ток пайда болот. Бул акыркысы аппараттын ичиндеги магнит талаасынын сызыктарын кесип өткөндүгүнө байланыштуу. Бирок, машина менен MHD генераторлорунун ортосунда бир айырма бар. Магнитогидродинамикалык варианттар үчүн булөткөргүч түз жумушчу органдын өзү тарабынан колдонулат.

Аракет ошондой эле Лоренц күчү таасир эткен заряддуу бөлүкчөлөргө негизделген. Жумушчу суюктуктун кыймылы магнит талаасы боюнча болот. Ушундан улам так карама-каршы багыттардагы заряд алып жүрүүчүлөрдүн агымы пайда болот. Түзүү стадиясында MHD генераторлор негизинен электр өткөргүч суюктуктарды же электролиттерди колдонушат. Мына ошолор иштеп жаткан орган болгон. Заманбап вариациялар плазмага өттү. Жаңы машиналар үчүн заряд алып жүрүүчүлөр оң иондор жана эркин электрондор.

MHD генераторлорунун дизайны

Аппараттын биринчи түйүнү жумушчу суюктук кыймылдай турган канал деп аталат. Азыркы учурда магнитогидродинамикалык генераторлор негизги чөйрө катары негизинен плазманы колдонушат. Кийинки түйүн - бул магнит талаасын жана электроддорду түзүү үчүн жооптуу болгон магнит системасы. Бирок, булактар ар кандай болушу мүмкүн. Системада электромагниттерди да, туруктуу магниттерди да колдонсо болот.

Андан кийин газ электр тогун өткөрөт жана болжол менен 10 000 Кельвин болгон жылуулук иондошуу температурасына чейин ысыйт. Бул көрсөткүчтү азайтуу керек кийин. Температура тилкеси 2, 2-2, 7 миң Келвинге чейин төмөндөйт, анткени щелочтуу металлдар менен атайын кошумчалар жумушчу чөйрөгө кошулат. Болбосо, плазма жетиштүү эмесдаражада эффективдүү, анткени анын электр өткөргүчтүгүнүн мааниси ошол эле сууга караганда бир топ төмөн болуп калат.

Типтүү түзмөк цикли

Магнитогидродинамикалык генератордун конструкциясын түзгөн башка түйүндөр функционалдык процесстердин сыпаттамасы менен бирге алар пайда болгон ырааттуулукта эң жакшы тизмеленген.

1. Күйүү камерасы ага жүктөлгөн күйүүчү майды кабыл алат. Ошондой эле кычкылдандыргыч заттар жана ар кандай кошумчалар кошулат.
2. Отун күйө баштайт жана газдын күйүү продуктусу катары пайда болушуна жол ачат.
3. Андан кийин генератордун соплосу иштетилет. Ал аркылуу газдар өтүп, андан кийин кеңейип, ылдамдыгы үн ылдамдыгына чейин жогорулайт.
4. Аракет өзүнөн магнит талаасын өткөргөн камерага келет. Анын дубалдарында атайын электроддор бар. Циклдин бул этабында газдар ушул жерден келет.
5. Ошондо заряддалган бөлүкчөлөрдүн таасири астында жумушчу орган өзүнүн алгачкы траекториясынан четтейт. Жаңы багыт электроддор жайгашкан жерде.
6. Акыркы этап. Электр тогу электроддордун ортосунда пайда болот. Цикл ушул жерде бүтөт.

Негизги классификациялар

Даяр аппараттын көптөгөн варианттары бар, бирок иштөө принциби алардын кайсы биринде дээрлик бирдей болот. Маселен, катуу отунга магнитогидродинамикалык генераторду иштетүүгө болот. Булак катары даэнергия, щелочтук металл буулары жана алардын суюк металлдар менен эки фазалуу аралашмалары колдонулат. Иштөө узактыгы боюнча MHD генераторлору узак мөөнөттүү жана кыска мөөнөттүү, ал эми акыркылары - импульстук жана жарылуучу болуп бөлүнөт. Жылуулук булактарына өзөктүк реакторлор, жылуулук алмаштыргычтар жана реактивдүү кыймылдаткычтар кирет.

Мындан тышкары, иш циклинин түрүнө жараша классификация да бар. Бул жерде бөлүнүү эки негизги түргө гана кездешет. Ачык циклдеги генераторлор кошумчалар менен аралашкан жумушчу суюктукка ээ. Күйүү продуктулары жумушчу камера аркылуу өтөт, ал жерде алар процессте кирлерден тазаланып, атмосферага чыгарылат. Жабык циклде жумушчу суюктук жылуулук алмаштыргычка келип, андан кийин гана генератор камерасына кирет. Андан кийин күйүү продуктулары циклди аяктаган компрессорду күтүп жатышат. Андан кийин жумушчу суюктук жылуулук алмаштыргычтагы биринчи баскычка кайтып келет.

Негизги функциялар

Эгерде магнитогидродинамикалык генераторду эмнеден чыгарат деген суроо толук камтылган деп эсептелсе, анда мындай түзүлүштөрдүн негизги техникалык параметрлери көрсөтүлүшү керек. Алардын эң биринчиси, балким, бийлик. Ал жумушчу суюктуктун өткөргүчтүгүнө, ошондой эле магнит талаасынын чыңалуусунун квадраттарына жана анын ылдамдыгына пропорционалдуу. Эгерде жумушчу суюктук температурасы болжол менен 2-3 миң Келвин болгон плазма болсо, анда өткөргүчтүк ага 11-13 градуска пропорционалдуу жана басымдын квадраттык тамырына тескери пропорционалдуу.

Сиз ошондой эле агымдын ылдамдыгы жана жөнүндө маалыматтарды беришиңиз керекмагниттик талаа индукциясы. Бул мүнөздөмөлөрдүн биринчиси абдан кеңири өзгөрөт, ал субсоникалык ылдамдыктан секундасына 1900 метрге чейинки гипер үн ылдамдыгына чейин өзгөрөт. Магнит талаасынын индукциясына келсек, ал магниттердин конструкциясына жараша болот. Алар болоттон жасалган болсо, анда үстүнкү тилке 2 Т тегерегинде белгиленет. Өтө өткөргүч магниттерден турган система үчүн бул маани 6-8 Тге чейин көтөрүлөт.

MHD генераторлорунун колдонулушу

Бүгүнкү күндө мындай аппараттарды кеңири колдонуу байкалган эмес. Ошого карабастан, теориялык жактан магнитогидродинамикалык генераторлор менен электр станцияларын курууга болот. Жалпысынан үч жарактуу вариация бар:

1. Фьюжн электр станциялары. Алар MHD генератору менен нейтронсуз циклди колдонушат. Отун катары плазманы жогорку температурада колдонуу салтка айланган.
2. Жылуулук электр станциялары. Циклдин ачык түрү колдонулат, ал эми орнотуулардын өзү дизайн өзгөчөлүктөрү боюнча абдан жөнөкөй. Дал ушул варианттын өнүгүү келечеги бар.
3. Атомдук электр станциялары. Бул учурда жумушчу суюктук инерттүү газ болуп саналат. Ал өзөктүк реактордо жабык циклде ысытылат. Анын өнүгүү перспективалары да бар. Бирок, колдонуу мүмкүнчүлүгү жумушчу суюктуктун температурасы 2 миң Келвинден жогору болгон өзөктүк реакторлордун пайда болушуна жараша болот.

Түзмөктүн перспективасы

Магнитогидродинамикалык генераторлордун актуалдуулугу бир катар факторлорго жанапроблемалар дагы эле чечиле элек. Мисал катары мындай түзүлүштөрдүн туруктуу токту гана жаратуу жөндөмдүүлүгүн айтсак болот, бул аларды тейлөө үчүн жетиштүү кубаттуу жана андан тышкары үнөмдүү инверторлорду долбоорлоо зарыл экенин билдирет.

Дагы бир көрүнгөн көйгөй - бул күйүүчү майдын экстремалдык температурага чейин ысытуу шарттарында жетиштүү узак убакыт бою иштей турган керектүү материалдардын жоктугу. Ушундай эле генераторлордо колдонулган электроддорго да тиешелүү.

Башка колдонуулар

Электр станцияларынын борбо-рунда иштешинен тышкары, бул приборлор атайын электр станцияларында иштей алат, бул атомдук энергия учун абдан пайдалуу болмок. Магнитогидродинамикалык генераторду колдонууга гиперүндик учак системаларында да уруксат берилген, бирок азырынча бул жаатта эч кандай жылыш байкала элек.