Maqnitohidrodinamik generator: cihaz, iş prinsipi və təyinatı

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 10:18

Yer planetində bütün alternativ enerji mənbələri indiyədək öyrənilməyib və uğurla tətbiq edilməyib. Buna baxmayaraq, bəşəriyyət bu istiqamətdə fəal şəkildə inkişaf edir və yeni variantlar tapır. Onlardan biri maqnit sahəsində olan elektrolitdən enerji əldə etmək idi.

Adın dizayn effekti və mənşəyi

Bu sahədə ilk işlər hələ 1832-ci ildə laboratoriya şəraitində işləyən Faradeyə aid edilir. O, maqnitohidrodinamik effekt deyilən şeyi araşdırdı, daha doğrusu, elektromaqnit hərəkətverici qüvvə axtarırdı və onu uğurla tətbiq etməyə çalışırdı. Enerji mənbəyi kimi Temza çayının cərəyanından istifadə edilirdi. Effektin adı ilə yanaşı, quraşdırma öz adını da aldı - maqnitohidrodinamik generator.

Bu MHD cihazı birbaşa birini çevirirenerjinin başqa formaya, yəni mexaniki elektrikə çevrilir. Belə bir prosesin xüsusiyyətləri və bütövlükdə onun işləmə prinsipinin təsviri maqnitohidrodinamikada ətraflı təsvir edilmişdir. Generatorun özü bu intizamın adı ilə adlandırılıb.

Effekt əməliyyatının təsviri

İlk növbədə cihazın işləməsi zamanı nə baş verdiyini başa düşməlisiniz. Bu, maqnitohidrodinamik generatorun fəaliyyət prinsipini başa düşməyin yeganə yoludur. Təsir elektrik sahəsinin və əlbəttə ki, elektrolitdə elektrik cərəyanının görünüşünə əsaslanır. Sonuncu müxtəlif media ilə təmsil olunur, məsələn, maye metal, plazma (qaz) və ya su. Buradan belə nəticəyə gələ bilərik ki, iş prinsipi elektrik enerjisi yaratmaq üçün maqnit sahəsindən istifadə edən elektromaqnit induksiyasına əsaslanır.

Məlum olur ki, keçirici qüvvənin sahə xətləri ilə kəsişməlidir. Bu, öz növbəsində, hərəkət edən hissəciklərə nisbətən əks yüklü ionların axınının cihazın içərisində görünməyə başlaması üçün məcburi şərtdir. Sahə xətlərinin davranışını da qeyd etmək vacibdir. Onlardan qurulan maqnit sahəsi keçiricinin öz daxilində ion yüklərinin yerləşdiyi yerdən əks istiqamətdə hərəkət edir.

MHD generatorunun tərifi və tarixçəsi

Quraşdırma istilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün cihazdır. Yuxarıdakıları tam şəkildə tətbiq edirEffekt. Eyni zamanda, maqnitohidrodinamik generatorlar bir vaxtlar kifayət qədər innovativ və sıçrayışlı bir fikir hesab olunurdu, ilk nümunələrinin qurulması XX əsrin aparıcı alimlərinin zehnini məşğul etdi. Tezliklə bu cür layihələrin maliyyələşdirilməsi tam aydın olmayan səbəblərdən tükəndi. İlk eksperimental qurğular artıq quraşdırılıb, lakin onların istifadəsi dayandırılıb.

Maqnitodinamik generatorların ilk dizaynları hələ 1907-910-cu illərdə təsvir edilmişdi, lakin bir sıra ziddiyyətli fiziki və memarlıq xüsusiyyətlərinə görə onları yaratmaq mümkün olmadı. Nümunə olaraq, qaz mühitində 2500-3000 dərəcə iş temperaturunda normal işləyə biləcək materialların hələ yaradılmadığını göstərə bilərik. Rusiya modeli Ryazan vilayətində, dövlət rayon elektrik stansiyasının yaxınlığında yerləşən Novomiçurinsk şəhərində xüsusi tikilmiş MGDES-də görünməli idi. Layihə 1990-cı illərin əvvəllərində ləğv edildi.

Cihaz necə işləyir

Maqnitohidrodinamik generatorların dizaynı və iş prinsipi əksər hallarda adi maşın variantlarını təkrarlayır. Əsas elektromaqnit induksiyanın təsiridir, yəni keçiricidə bir cərəyan görünür. Bu, sonuncunun cihazın içərisindəki maqnit sahəsi xətlərini keçməsi ilə əlaqədardır. Bununla belə, maşın və MHD generatorları arasında bir fərq var. Bu, maqnitohidrodinamik variantlar üçün olduğu kimidirdirijor birbaşa işçi orqanın özü tərəfindən istifadə olunur.

Hərəkət həm də Lorentz qüvvəsindən təsirlənən yüklü hissəciklərə əsaslanır. İşçi mayenin hərəkəti maqnit sahəsi boyunca baş verir. Bununla əlaqədar olaraq, tam əks istiqamətli yük daşıyıcılarının axınları var. Yarama mərhələsində MHD generatorları əsasən elektrik keçirici mayelərdən və ya elektrolitlərdən istifadə edirdi. Məhz onlar çox işləyən orqan idilər. Müasir varyasyonlar plazmaya keçdi. Yeni maşınlar üçün yük daşıyıcıları müsbət ionlar və sərbəst elektronlardır.

MHD generatorlarının dizaynı

Cihazın ilk qovşağı işçi mayenin hərəkət etdiyi kanal adlanır. Hazırda maqnitohidrodinamik generatorlar əsas mühit kimi əsasən plazmadan istifadə edirlər. Növbəti qovşaq, iş prosesi zamanı alınacaq enerjini yönləndirmək üçün bir maqnit sahəsi və elektrodlar yaratmaqdan məsul olan maqnitlər sistemidir. Ancaq mənbələr fərqli ola bilər. Sistemdə həm elektromaqnitlər, həm də daimi maqnitlər istifadə edilə bilər.

Sonra, qaz elektrik cərəyanını keçirir və təxminən 10.000 Kelvin olan termal ionlaşma temperaturuna qədər qızdırır. Bundan sonra bu göstərici azaldılmalıdır. İş mühitinə qələvi metallarla xüsusi əlavələr əlavə edildiyi üçün temperatur çubuğu 2, 2-2, 7 min Kelvinə enir. Əks halda, plazma kifayət deyildərəcədə effektivdir, çünki onun elektrik keçiriciliyinin dəyəri eyni suyunkindən xeyli aşağı olur.

Tipik cihaz dövrü

Maqnitohidrodinamik generatorun dizaynını təşkil edən digər qovşaqlar onların baş vermə ardıcıllığında funksional proseslərin təsviri ilə birlikdə ən yaxşı şəkildə siyahıya alınmışdır.

1. Yanma kamerası ona yüklənmiş yanacağı qəbul edir. Oksidləşdirici maddələr və müxtəlif əlavələr də əlavə olunur.
2. Yanacaq yanmağa başlayır və qazın yanma məhsulu kimi əmələ gəlməsinə imkan verir.
3. Sonra, generator başlığı işə salınır. Qazlar oradan keçir, sonra genişlənir və sürəti səs sürətinə qədər artır.
4. Hərəkət özündən bir maqnit sahəsi keçən kameraya gəlir. Onun divarlarında xüsusi elektrodlar var. Dövrün bu mərhələsində qazların gəldiyi yer budur.
5. Sonra yüklü hissəciklərin təsiri altında olan işçi cismi ilkin trayektoriyasından kənara çıxır. Yeni istiqamət elektrodların olduğu yerdir.
6. Son mərhələ. Elektrodlar arasında elektrik cərəyanı yaranır. Bu, dövrün bitdiyi yerdir.

Əsas təsnifatlar

Hazırlanmış cihaz üçün bir çox variant var, lakin onların hər hansı birində iş prinsipi faktiki olaraq eyni olacaq. Məsələn, qalıq yanma məhsulları kimi bərk yanacaq üzərində maqnitohidrodinamik generatoru işə salmaq mümkündür. Həm də mənbə kimienerji, qələvi metal buxarları və onların maye metallarla ikifazalı qarışıqları istifadə olunur. Əməliyyat müddətinə görə MHD generatorları uzunmüddətli və qısamüddətli, ikincisi isə impulslu və partlayıcıya bölünür. İstilik mənbələrinə nüvə reaktorları, istilik dəyişdiriciləri və reaktiv mühərriklər daxildir.

Bundan əlavə, iş dövrünün növünə görə təsnifat da mövcuddur. Burada bölünmə yalnız iki əsas növə baş verir. Açıq dövrəli generatorlarda əlavələrlə qarışdırılmış işləyən maye var. Yanma məhsulları iş kamerasından keçir, burada proses zamanı çirklərdən təmizlənir və atmosferə buraxılır. Qapalı bir dövrdə işləyən maye istilik dəyişdiricisinə daxil olur və yalnız bundan sonra generator kamerasına daxil olur. Sonra, yanma məhsulları dövrü tamamlayan kompressoru gözləyir. Bundan sonra işçi maye istilik dəyişdiricisində birinci mərhələyə qayıdır.

Əsas Xüsusiyyətlər

Maqnitohidrodinamik generatorun nədən əmələ gəlməsi məsələsi tam əhatə olunmuş hesab oluna bilərsə, onda belə cihazların əsas texniki parametrləri təqdim edilməlidir. Bunlardan birincisi, yəqin ki, gücdür. O, işçi mayenin keçiriciliyinə, eləcə də maqnit sahəsinin gücünə və onun sürətinin kvadratlarına mütənasibdir. Əgər işçi maye temperaturu təxminən 2-3 min Kelvin olan plazmadırsa, onda keçiricilik ona 11-13 dərəcə mütənasibdir və təzyiqin kvadrat kökü ilə tərs mütənasibdir.

Həmçinin axın sürəti və məlumatı təqdim etməlisinizmaqnit sahəsinin induksiyası. Bu xüsusiyyətlərdən birincisi subsonik sürətlərdən tutmuş, saniyədə 1900 metrə qədər olan hipersəs sürətlərinə qədər olduqca geniş şəkildə dəyişir. Maqnit sahəsinin induksiyasına gəldikdə, bu, maqnitlərin dizaynından asılıdır. Əgər onlar poladdan hazırlanırsa, onda yuxarı çubuq təxminən 2 T səviyyəsində qurulacaq. Superkeçirici maqnitlərdən ibarət sistem üçün bu dəyər 6-8 T-yə yüksəlir.

MHD generatorlarının tətbiqi

Bu gün belə cihazların geniş istifadəsi müşahidə olunmur. Buna baxmayaraq, nəzəri cəhətdən maqnitohidrodinamik generatorlarla elektrik stansiyaları qurmaq mümkündür. Ümumilikdə üç etibarlı variasiya var:

1. Füzyon elektrik stansiyaları. MHD generatoru ilə neytronsuz bir dövrədən istifadə edirlər. Yanacaq kimi yüksək temperaturda plazmadan istifadə etmək adətdir.
2. İstilik elektrik stansiyaları. Açıq bir dövr növü istifadə olunur və qurğuların özləri dizayn xüsusiyyətləri baxımından olduqca sadədir. Məhz bu seçim hələ də inkişaf perspektivlərinə malikdir.
3. Atom elektrik stansiyaları. Bu vəziyyətdə işləyən maye inert qazdır. Nüvə reaktorunda qapalı dövrədə qızdırılır. Onun da inkişaf perspektivləri var. Bununla belə, tətbiqin mümkünlüyü işləyən mayenin temperaturu 2 min Kelvindən yuxarı olan nüvə reaktorlarının yaranmasından asılıdır.

Cihaz Perspektivi

Maqnitohidrodinamik generatorların aktuallığı bir sıra amillərdən vəproblemlər hələ də həllini tapmayıb. Buna misal olaraq belə cihazların yalnız birbaşa cərəyan yaratmaq qabiliyyətini göstərmək olar, bu o deməkdir ki, onlara texniki qulluq üçün kifayət qədər güclü və üstəlik, qənaətcil çeviricilərin layihələndirilməsi lazımdır.

Digər görünən problem, yanacağın həddindən artıq temperaturlara qədər qızdırılması şəraitində kifayət qədər uzun müddət işləyə bilən zəruri materialların olmamasıdır. Eyni şey bu cür generatorlarda istifadə olunan elektrodlara da aiddir.

Digər istifadələr

Elektrik stansiyalarının mərkəzində işləməkdən əlavə, bu qurğular nüvə enerjisi üçün çox faydalı olacaq xüsusi elektrik stansiyalarında işləyə bilir. Hipersəs təyyarə sistemlərində maqnitohidrodinamik generatorun istifadəsinə də icazə verilir, lakin indiyədək bu sahədə heç bir irəliləyiş müşahidə edilməyib.