Մագնետոհիդրոդինամիկական գեներատոր՝ սարք, աշխատանքի սկզբունք և նպատակ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Երկիր մոլորակի վրա ոչ բոլոր այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրներն են մինչ այժմ ուսումնասիրված և հաջողությամբ կիրառվել: Այնուամենայնիվ, մարդկությունն ակտիվորեն զարգանում է այս ուղղությամբ և գտնում նոր տարբերակներ։ Դրանցից մեկը էլեկտրոլիտից էներգիա ստանալն էր, որը գտնվում է մագնիսական դաշտում։

Նախատեսված էֆեկտ և անվան ծագում

Այս ոլորտում առաջին աշխատանքները վերագրվում են Ֆարադեյին, ով աշխատել է լաբորատոր պայմաններում դեռևս 1832 թվականին։ Նա ուսումնասիրեց, այսպես կոչված, մագնիսահիդրոդինամիկական էֆեկտը, ավելի ճիշտ՝ նա փնտրում էր էլեկտրամագնիսական շարժիչ ուժ և փորձեց հաջողությամբ կիրառել այն։ Որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործվում էր Թեմզա գետի հոսանքը։ Էֆեկտի անվան հետ մեկտեղ ինստալացիան ստացել է նաև իր անվանումը՝ մագնիտոհիդրոդինամիկ գեներատոր։

Այս MHD սարքն ուղղակիորեն փոխակերպում է մեկըէներգիայի ձևը մեկ այլ, այն է՝ մեխանիկականը՝ էլեկտրական: Նման գործընթացի առանձնահատկությունները և դրա գործողության սկզբունքի նկարագրությունը որպես ամբողջություն մանրամասն նկարագրված են մագնիտոհիդրոդինամիկայի մեջ: Ինքն գեներատորն անվանվել է այս կարգի պատվին:

Էֆեկտի գործողության նկարագրություն

Առաջին հերթին պետք է հասկանալ, թե ինչ է տեղի ունենում սարքի աշխատանքի ընթացքում։ Սա միակ միջոցն է հասկանալու մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատորի գործողության սկզբունքը: Էֆեկտը հիմնված է էլեկտրոլիտում էլեկտրական դաշտի տեսքի և, իհարկե, էլեկտրական հոսանքի վրա: Վերջինս ներկայացված է տարբեր կրիչներով, օրինակ՝ հեղուկ մետաղով, պլազմայով (գազով) կամ ջրով։ Այստեղից կարելի է եզրակացնել, որ գործողության սկզբունքը հիմնված է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի վրա, որն օգտագործում է մագնիսական դաշտ՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։

Ստացվում է, որ հաղորդիչը պետք է հատվի դաշտի ուժային գծերի հետ։ Սա, իր հերթին, պարտադիր պայման է, որպեսզի շարժվող մասնիկների նկատմամբ հակադիր լիցքերով իոնների հոսքերը սկսեն հայտնվել սարքի ներսում։ Կարևոր է նաև նշել դաշտային գծերի վարքագիծը: Դրանցից կառուցված մագնիսական դաշտը շարժվում է հենց հաղորդիչի ներսում՝ հակառակ ուղղությամբ, քան այն, որտեղ գտնվում են իոնային լիցքերը։

MHD գեներատորի սահմանում և պատմություն

Տեղադրումը ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածող սարք է։ Այն լիովին կիրառում է վերը նշվածըԷֆեկտ. Միևնույն ժամանակ, մագնիտոհիդրոդինամիկական գեներատորները ժամանակին համարվում էին բավականին նորարար և բեկումնային գաղափար, որի առաջին նմուշների կառուցումը զբաղեցրեց 20-րդ դարի առաջատար գիտնականների միտքը: Շուտով նման նախագծերի ֆինանսավորումը վերջացավ՝ ամբողջովին անհասկանալի պատճառներով: Առաջին փորձնական կայանքները արդեն տեղադրվել են, սակայն դրանց օգտագործումը լքված է։

Մագնիտոդինամիկ գեներատորների առաջին նախագծերը նկարագրվել են դեռևս 1907-910 թվականներին, սակայն դրանք չեն կարողացել ստեղծվել մի շարք հակասական ֆիզիկական և ճարտարապետական առանձնահատկությունների պատճառով: Որպես օրինակ կարող ենք բերել այն փաստը, որ դեռևս չեն ստեղծվել նյութեր, որոնք կարող են նորմալ գործել 2500-3000 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում գազային միջավայրում: Ռուսական մոդելը պետք է հայտնվեր Նովոմիչուրինսկ քաղաքում հատուկ կառուցված MGDES-ում, որը գտնվում է Ռյազանի շրջանում՝ պետական թաղամասի էլեկտրակայանի մոտ։ Նախագիծը չեղարկվեց 1990-ականների սկզբին։

Ինչպես է աշխատում սարքը

Մագնիտոհիդրոդինամիկական գեներատորների նախագծումը և աշխատանքի սկզբունքը մեծ մասամբ կրկնում են սովորական մեքենաների տարբերակները: Հիմքը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ազդեցությունն է, ինչը նշանակում է, որ հաղորդիչում հոսանք է հայտնվում։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ վերջինս անցնում է սարքի ներսում մագնիսական դաշտի գծերը։ Այնուամենայնիվ, կա մեկ տարբերություն մեքենայի և MHD գեներատորների միջև: Դա կայանում է նրանում, որ մագնիտոհիդրոդինամիկ տարբերակների համար, ինչպեսդիրիժորն օգտագործվում է անմիջապես աշխատանքային մարմնի կողմից:

Ակցիան հիմնված է նաև լիցքավորված մասնիկների վրա, որոնց վրա ազդում է Լորենցի ուժը։ Աշխատանքային հեղուկի շարժումը տեղի է ունենում մագնիսական դաշտի միջով: Դրա շնորհիվ առկա են լիցքակիրների հոսքեր՝ ճիշտ հակառակ ուղղություններով։ Ձևավորման փուլում MHD գեներատորներն օգտագործում էին հիմնականում էլեկտրահաղորդիչ հեղուկներ կամ էլեկտրոլիտներ։ Հենց նրանք էին հենց աշխատող մարմինը։ Ժամանակակից տատանումները անցել են պլազմայի: Նոր մեքենաների լիցքի կրիչները դրական իոններ են և ազատ էլեկտրոններ։

MHD գեներատորների նախագծում

Սարքի առաջին հանգույցը կոչվում է ալիք, որով շարժվում է աշխատող հեղուկը։ Ներկայումս մագնիտոհիդրոդինամիկական գեներատորները հիմնականում օգտագործում են պլազման որպես հիմնական միջավայր։ Հաջորդ հանգույցը մագնիսների համակարգ է, որոնք պատասխանատու են մագնիսական դաշտի և էլեկտրոդների ստեղծման համար՝ էներգիան շեղելու համար, որը կստացվի աշխատանքի ընթացքում: Այնուամենայնիվ, աղբյուրները կարող են տարբեր լինել: Համակարգում կարող են օգտագործվել ինչպես էլեկտրամագնիսներ, այնպես էլ մշտական մագնիսներ։

Հետագայում գազը փոխանցում է էլեկտրականությունը և տաքանում է մինչև ջերմային իոնացման ջերմաստիճանը, որը մոտավորապես 10000 Կելվին է: Այս ցուցանիշից հետո պետք է կրճատվի: Ջերմաստիճանի բարը իջնում է մինչև 2, 2-2, 7 հազար Կելվին՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ աշխատանքային միջավայրում ավելացվում են ալկալային մետաղներով հատուկ հավելումներ։ Հակառակ դեպքում, պլազման բավարար չէարդյունավետության աստիճանը, քանի որ դրա էլեկտրական հաղորդունակության արժեքը շատ ավելի ցածր է դառնում, քան նույն ջրի արժեքը:

Սարքի բնորոշ ցիկլ

Մյուս հանգույցները, որոնք կազմում են մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատորի դիզայնը, լավագույնս թվարկված են ֆունկցիոնալ գործընթացների նկարագրության հետ մեկտեղ, որով դրանք տեղի են ունենում:

1. Այրման պալատը ստանում է իր մեջ բեռնված վառելիքը: Ավելացվում են նաև օքսիդացնող նյութեր և տարբեր հավելումներ։
2. Վառելիքը սկսում է այրվել՝ թույլ տալով, որ գազը ձևավորվի որպես այրման արդյունք:
3. Հաջորդ, գեներատորի վարդակն ակտիվացված է: Նրա միջով անցնում են գազերը, որից հետո ընդլայնվում են, և դրանց արագությունը հասնում է ձայնի արագության։
4. Գործողությունը գալիս է դեպի խցիկ, որն իր միջով անցնում է մագնիսական դաշտ: Նրա պատերին հատուկ էլեկտրոդներ են։ Հենց այստեղ են գազերը մտնում ցիկլի այս փուլում:
5. Այնուհետև լիցքավորված մասնիկների ազդեցության տակ աշխատող մարմինը շեղվում է իր առաջնային հետագծից։ Նոր ուղղությունը հենց այնտեղ է, որտեղ գտնվում են էլեկտրոդները:
6. Եզրափակիչ փուլ. Էլեկտրոդների միջև առաջանում է էլեկտրական հոսանք: Այստեղ ավարտվում է ցիկլը։

Հիմնական դասակարգումներ

Պատրաստի սարքի տարբերակները շատ են, սակայն դրանցից յուրաքանչյուրում աշխատանքի սկզբունքը գործնականում նույնն է լինելու: Օրինակ, հնարավոր է գործարկել մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատոր պինդ վառելիքի վրա, ինչպես հանածո այրման արտադրանքները: Նաև որպես աղբյուրէներգիան, օգտագործվում են ալկալիական մետաղների գոլորշիները և դրանց երկփուլ խառնուրդները հեղուկ մետաղների հետ։ Ըստ աշխատանքի տևողության՝ MHD գեներատորները բաժանվում են երկարաժամկետ և կարճաժամկետ, իսկ վերջիններս՝ իմպուլսային և պայթուցիկ: Ջերմության աղբյուրները ներառում են միջուկային ռեակտորներ, ջերմափոխանակիչներ և ռեակտիվ շարժիչներ։

Բացի այդ, կա նաև դասակարգում ըստ աշխատանքային ցիկլի տեսակի։ Այստեղ բաժանումը տեղի է ունենում միայն երկու հիմնական տեսակի. Բաց ցիկլով գեներատորներն ունեն աշխատանքային հեղուկ՝ խառնված հավելումներով: Այրման արտադրանքները անցնում են աշխատանքային խցիկով, որտեղ այդ ընթացքում մաքրվում են կեղտերից և արտանետվում մթնոլորտ: Փակ ցիկլում աշխատանքային հեղուկը մտնում է ջերմափոխանակիչ և միայն դրանից հետո մտնում է գեներատորի խցիկը: Հաջորդը, այրման արտադրանքները սպասում են կոմպրեսորին, որն ավարտում է ցիկլը: Դրանից հետո աշխատանքային հեղուկը ջերմափոխանակիչում վերադառնում է առաջին փուլ։

Հիմնական հատկանիշներ

Եթե հարցը, թե ինչ է արտադրում մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատորը, կարելի է ամբողջությամբ ծածկված համարել, ապա պետք է ներկայացնել նման սարքերի հիմնական տեխնիկական պարամետրերը։ Դրանցից առաջինը, ամենայն հավանականությամբ, իշխանությունն է: Այն համաչափ է աշխատանքային հեղուկի հաղորդունակությանը, ինչպես նաև մագնիսական դաշտի ուժգնության քառակուսիներին և դրա արագությանը: Եթե աշխատանքային հեղուկը պլազմա է, որի ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 2-3 հազար Կելվին, ապա հաղորդունակությունը դրան համաչափ է 11-13 աստիճանով և հակադարձ համեմատական ճնշման քառակուսի արմատին։

Դուք նաև պետք է տվյալներ տրամադրեք հոսքի արագության ևմագնիսական դաշտի ինդուկցիա. Այս բնութագրերից առաջինը բավականին լայնորեն տարբերվում է՝ տատանվում են ենթաձայնային արագություններից մինչև հիպերձայնային արագությունները մինչև վայրկյանում 1900 մետր: Ինչ վերաբերում է մագնիսական դաշտի ինդուկցիային, ապա դա կախված է մագնիսների դիզայնից։ Եթե դրանք պատրաստված են պողպատից, ապա վերին ձողը կսահմանվի մոտ 2 T: Համակարգի համար, որը բաղկացած է գերհաղորդիչ մագնիսներից, այս արժեքը բարձրանում է մինչև 6-8 Տ։

MHD գեներատորների կիրառում

Այսօր նման սարքերի լայն կիրառություն չի նկատվում։ Այնուամենայնիվ, տեսականորեն հնարավոր է էլեկտրակայաններ կառուցել մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատորներով։ Ընդհանուր առմամբ կա երեք վավեր տարբերակ՝

1. Ֆյուժն էլեկտրակայաններ. Նրանք օգտագործում են առանց նեյտրոնային ցիկլ MHD գեներատորով: Ընդունված է որպես վառելիք օգտագործել պլազման բարձր ջերմաստիճանում։
2. ՋԷԿ. Օգտագործվում է բաց տեսակի ցիկլի, իսկ ինստալացիաներն իրենք բավականին պարզ են դիզայնի առանձնահատկությունների առումով։ Հենց այս տարբերակն է դեռ զարգացման հեռանկարներ։
3. Ատոմակայաններ. Աշխատանքային հեղուկն այս դեպքում իներտ գազ է։ Այն ջեռուցվում է միջուկային ռեակտորում փակ ցիկլով։ Այն նաև զարգացման հեռանկարներ ունի։ Այնուամենայնիվ, կիրառման հնարավորությունը կախված է 2 հազար Կելվինից բարձր աշխատանքային հեղուկի ջերմաստիճան ունեցող միջուկային ռեակտորների առաջացումից։

Սարքի հեռանկար

Մագնիտոհիդրոդինամիկական գեներատորների արդիականությունը կախված է մի շարք գործոններից ևդեռևս չլուծված խնդիրներ. Օրինակ՝ նման սարքերի միայն ուղղակի հոսանք առաջացնելու ունակությունն է, ինչը նշանակում է, որ դրանց պահպանման համար անհրաժեշտ է նախագծել բավականաչափ հզոր և, առավել ևս, տնտեսական ինվերտորներ։

Մյուս տեսանելի խնդիրն անհրաժեշտ նյութերի բացակայությունն է, որոնք կարող են բավական երկար աշխատել վառելիքի մինչև ծայրահեղ ջերմաստիճանի տաքացման պայմաններում։ Նույնը վերաբերում է նման գեներատորներում օգտագործվող էլեկտրոդներին։

Այլ կիրառումներ

Այս սարքերը, բացի էլեկտրակայանների հիմքում աշխատելուց, կարողանում են աշխատել հատուկ էլեկտրակայաններում, ինչը շատ օգտակար կլինի միջուկային էներգիայի համար։ Մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատորի օգտագործումը թույլատրվում է նաև հիպերձայնային ինքնաթիռների համակարգերում, սակայն մինչ այժմ այս ոլորտում որևէ առաջընթաց չի նկատվել։