Magnetohydrodynamický generátor: zařízení, pracovní princip a účel

Ne všechny alternativní zdroje energie na planetě Zemi byly dosud studovány a úspěšně použity. Lidstvo se však v tomto směru aktivně vyvíjí a nachází Všechny nové možnosti. Jedním z nich bylo získání energie z elektrolytu, který je v magnetickém poli.

Zastavený účinek a původ názvu

První spisy v této oblasti jsou přičítány Faradayovi, který pracoval v laboratorních podmínkách již v roce 1832. Zkoumal takzvaný magnetohydrodynamický efekt, přesněji hledal elektromagnetickou hnací sílu a pokusil se ji úspěšně aplikovat. Jako zdroj energie byl použit tok řeky Temže. Spolu s názvem účinku obdržel instalaci své jméno - magnetohydrodynamický generátor.

V tomto zařízení MHD dochází k přímé přeměně jednoho druhu energie na jiný, jmenovitě mechanického na elektrický. Vlastnosti takového procesu a popis principu jeho působení jsou obecně podrobně popsány v magnetické dynamice tekutin. Na počest této disciplíny byl pojmenován samotný generátor.

Popis účinku účinku

Nejprve je třeba pochopit, co se děje během fungování zařízení. Jedině tak si lze uvědomit princip práce magnetohydrodynamický generátor v akci. Účinek je postaven na výskytu elektrického pole a samozřejmě elektrického proudu v elektrolytu. Ten se jeví jako různá média, například kapalný kov, plazma (plyn) nebo voda. Z toho lze usoudit, že základem principu činnosti je elektromagnetická indukce využívající magnetické pole k výrobě elektřiny.

Ukazuje se, že vodič se musí protínat se siločáry pole. To je zase předpokladem pro to, aby uvnitř zařízení začaly vznikat toky iontů s opačnými relativně pohyblivými částicemi. Je také důležité si uvědomit chování silových linií. Magnetické pole z nich vytvořené se pohybuje uvnitř samotného vodiče v opačném směru od místa, kde jsou náboje iontů.

Definice a historie generátoru MHD

Instalace je zařízení pro převod tepelná energie do elektrické. Plně využívá výše popsaný efekt. Současně byly magnetohydrodynamické generátory ve své době považovány za poměrně inovativní a průlomovou myšlenku, jejíž konstrukce prvních vzorků zabírala mysl předních vědců dvacátého století. Financování takových projektů se brzy vyčerpalo z ne zcela pochopitelných důvodů. První experimentální zařízení již byla postavena, ale na jejich použití byl položen kříž.

Úplně první návrhy magnetodynamických generátorů byly popsány již v letech 1907-910, přesto nemohly být vytvořeny kvůli řadě protichůdných fyzikálních a architektonických prvků. Jako příklad lze uvést, že dosud nebyly vytvořeny materiály, které by mohly normálně fungovat při provozních teplotách 2500-3000 stupňů Celsia v plynném prostředí. Ruský model měl se objevit v účelovém MGDES ve městě Novomichurinsk, který se nachází v Ryazanské oblasti v těsné blízkosti GRES. Projekt byl složen na počátku 1990.

Jak zařízení funguje

Konstrukce a princip činnosti magnetohydrodynamických generátorů z velké části opakují ty běžné varianty strojů. Základem je účinek elektromagnetické indukce, což znamená, že ve vodiči vzniká proud. To přichází na úkor, co je poslední prochází siločáry magnetického pole uvnitř zařízení. Existuje však jeden rozdíl mezi strojovými a MHD generátory. Pro magnetohydrodynamické varianty se jako vodič používá přímo samotné pracovní tělo.

Jádrem akce jsou také nabitá částice, na které působí Lorentzova síla. Pohyb pracovního těla probíhá přes magnetické pole. Díky tomu vznikají toky nosičů nábojů s přesně opačnými směry. Ve formativní fázi byly v generátorech MHD používány převážně elektricky vodivé kapaliny nebo elektrolyty. Byli to právě oni, kteří byli tímto pracovním tělem. Moderní variace přešly na plazmu. Nosiče nábojů pro nové stroje se staly kladnými ionty a volnými elektrony.

Konstrukce generátorů MHD

První uzel Zařízení se nazývá kanál, kterým se pracovní tělo pohybuje. V současné době se v magnetohydrodynamických oscilátorech používá plazma jako základní médium. Dalším uzlem je systém magnetů, které jsou zodpovědné za vytváření magnetického pole a elektrod, které odvádějí energii získanou během pracovního postupu. Zdroje se přitom mohou lišit. V systému lze použít jak elektromagnety, tak permanentní magnety.

Dále plyn vede elektrický proud a zahřívá se na teplotu tepelné ionizace, která je přibližně 10 tisíc Kelvinů. Poté musí být tento ukazatel určitě snížen. Teplotní lišta klesá na 2,2-2,7 tisíce Kelvinů, protože do pracovního prostředí se přidávají speciální přísady s alkalickými kovy. Jinak plazma není dostatečně účinná, protože velikost její elektrické vodivosti se stává mnohem menší než hodnota stejné vody.

Typický cyklus zařízení

Další uzly, které tvoří konstrukci magnetohydrodynamického oscilátoru, nejlépe seznam spolu s popisem funkčních procesů v pořadí, ve kterém k nim dochází.

1. Spalovací komora přijímá palivo, které je do ní naloženo. Přidávají se také oxidační činidla a různé přísady.
2. Palivo začíná hořet, což umožňuje vznik plynu jako produktu spalování.
3. Dále je zapojena tryska generátoru. Plyny jím procházejí, poté se rozšiřují a jejich rychlost se zvyšuje na rychlost zvuku.
4. Akce se dostane do kamery, která prochází magnetickým polem. Na jeho stěnách jsou speciální elektrody. Právě zde přicházejí plyny v této fázi cyklu.
5. Pracovní těleso pod vlivem nabitých částic se poté odchyluje od své primární trajektorie. Nový směr je přesně tam, kde jsou umístěny elektrody.
6. Závěrečná fáze. Mezi elektrodami dochází k tvorbě elektrického proudu. Tím smyčka končí.

Hlavní klasifikace

Existuje mnoho možností pro provedení hotového zařízení, ale princip činnosti bude v kterémkoli z nich ve skutečnosti stejný. Například je možné spustit magnetohydrodynamický generátor na tuhá paliva, jako jsou fosilní spaliny. Jako zdroj energie se také používají páry alkalických kovů a jejich dvoufázové směsi s kapalnými kovy. Podle délky provozu jsou generátory MHD rozděleny na dlouhé a krátkodobé a druhé na impulsní a výbušné. Ze zdrojů tepla lze pojmenovat jaderné reaktory, zařízení pro výměnu tepla a proudové motory.

Kromě toho existuje také klasifikace podle typu pracovního cyklu. Zde se divize vyskytuje pouze ve dvou základní typy. Generátory s otevřeným cyklem mají pracovní tělo smíchané s přísadami. Produkty spalování procházejí pracovní komorou, kde jsou během procesu očištěny od nečistot a uvolňovány do atmosféry. V uzavřeném cyklu vstupuje pracovní těleso do tepelného výměníku a teprve poté vstupuje do komory generátoru. Dále produkty spalování čekají na kompresor, který dokončí cyklus. Poté se pracovní tělo vrátí do první fáze výměníku tepla.

Hlavní charakteristiky

Pokud lze otázku, co produkuje magnetohydrodynamický generátor, považovat za plně osvětlenou, měli byste předložit hlavní technické parametry takových zařízení. První z nich podle významu pravděpodobně jde o sílu. Je úměrná vodivosti pracovního tělesa, jakož i čtvercům intenzity magnetického pole a jeho rychlosti. Pokud je pracovní těleso plazma s teplotou asi 2-3 tisíce Kelvinů, pak je vodivost úměrná jejímu 11-13 stupni a nepřímo úměrná druhé odmocnině tlaku.

Rovněž by měly být uvedeny údaje o průtoku a indukci magnetického pole. První z těchto charakteristik se liší v poměrně velkých mezích, od podzvukových rychlostí až po hypersonické rychlosti až 1900 metrů za sekundu. Pokud jde o indukci magnetického pole, závisí to na konstrukci magnetů. Pokud jsou vyrobeny z oceli, bude horní lišta nastavena na značku 2 T. Pro systém, který se skládá ze supravodivých magnetů, tato hodnota vzroste na 6-8 t.

Aplikace generátorů MHD

Široké použití takových zařízení dnes není nutné pozorovat. Teoreticky však existuje možnost stavět elektrárny s magnetohydrodynamickými generátory. Existují celkem tři přípustné varianty:

1. Termonukleární elektrárny. Používají bezneutronový cyklus s generátorem MHD. Jako palivo je obvyklé používat plazmu při vysokých teplotách.
2. Tepelné elektrárny. Používá se otevřený typ cyklu a samotné instalace podle konstrukčních prvků jsou poměrně jednoduché. Právě tato možnost má stále vyhlídky na rozvoj.
3. Atomová elektrárna. Pracovní tělo je v tomto případě inertní plyn. Zahřívá se v jaderném reaktoru uzavřeným cyklem. Má také vyhlídky na rozvoj. Možnost použití však závisí na výskytu jaderných reaktorů s teplotou pracovního těla nad 2 000 Kelvinů.

Perspektiva zařízení

Relevance magnetohydrodynamických generátorů závisí na řadě faktorů a dosud nevyřešených problémech. Jako příklad můžeme uvést schopnost takových zařízení produkovat pouze stejnosměrný proud, což znamená, že pro jejich údržbu je nutné navrhnout poměrně výkonné a navíc ekonomické střídače.

Dalším viditelným problémem je nedostatek potřebných materiálů, které by mohly pracovat dostatečně dlouho v podmínkách ohřevu paliva na nepřiměřené teploty. Totéž platí pro elektrody používané v takových generátorech.

Další možnosti použití

Kromě fungování v srdci elektráren jsou tato zařízení schopna pracovat ve speciálních energetických zařízeních, což by bylo velmi užitečné pro jadernou energii. Použití magnetohydrodynamického generátoru je povoleno v hypersonických leteckých systémech, ale v této oblasti dosud není třeba pozorovat žádný pokrok.