МГД-генераторы - это устройства, используемые для выработки электроэнергии путем взаимодействия с движущейся жидкостью, такой как ионизированный газ или плазма, и магнитным полем. Использование магнитогидродинамической энергии генераторы был впервые обнаружен «Майклом Фарадеем» в 1791-1867 годах при перемещении жидкого электрического вещества через фиксированное магнитное поле. Электростанции MHD предоставляют возможность для крупномасштабного производства электроэнергии с меньшим воздействием на окружающую среду. Существуют различные типы МГД-генераторов, разработанные в зависимости от типа применения и используемого топлива. Импульсный МГД-генератор применяется на удаленных объектах, используется для выработки электроэнергии больших импульсов.
Что такое МГД-генератор?
Определение: Магнитогидродинамический (МГД) генератор - это устройство, которое вырабатывает энергию напрямую, взаимодействуя с быстро движущимся потоком жидкости, обычно ионизированных газов / плазмы. МГД-устройства преобразуют тепловую или кинетическую энергию в электроэнергия . Типичная установка МГД-генератора состоит в том, что и турбинный, и электрический мощность Генераторы объединяются в единый блок и не имеют движущихся частей, что устраняет вибрации и шум, ограничивая износ. МГД обладают наивысшей термодинамической эффективностью, поскольку работают при более высоких температурах, чем механические турбины.
Срок годности до генератора
Конструкция МГД-генератора
Эффективность проводящих веществ должна быть увеличена, чтобы повысить эффективность работы генерирующего устройства. Требуемая эффективность может быть достигнута, когда газ нагревается до плазмы / жидкости или добавляются другие ионизируемые вещества, такие как соли щелочных металлов. При разработке и внедрении МГД-генератора рассматриваются несколько вопросов, таких как экономика, эффективность, загрязненные гиповоды. Три наиболее распространенных конструкции МГД-генераторов:
Конструкция МГД-генератора Фарадея
Конструкция простого генератора Фарадея включает в себя клиновидную трубу или трубку, изготовленную из непроводящего вещества. Мощный электромагнит создает магнитное поле и позволяет проводящей жидкости проходить через него перпендикулярно, вызывая напряжение. Электроды размещены под прямым углом к магнитному полю для извлечения выходной электрической мощности.
Этот дизайн имеет ограничения, такие как тип используемого поля и плотность. В конце концов, количество энергии, потребляемой с помощью конструкции Фарадея, прямо пропорционально площади трубки и скорости проводящей жидкости.
Конструкция генератора Холла МГД
Очень высокий выходной ток, создаваемый через Фарадея, течет вместе с жидкостным каналом и вступает в реакцию с приложенным магнитным полем, что приводит к эффекту Холла. Другими словами, ток, протекающий вместе с жидкостью, приведет к потере энергии. Суммарный производимый ток равен векторной сумме составляющих поперечного (Фарадея) и осевого тока. Чтобы зафиксировать эту потерю энергии (Фарадей и Эффект Холла компоненты) и повышения эффективности, были разработаны различные конфигурации.
Одна из таких конфигураций заключается в использовании пар электродов, которые разделены на цепочку сегментов и размещены рядом. Каждая пара электродов изолирована друг от друга и соединена последовательно для получения более высокого напряжения при более низком токе. В качестве альтернативы электроды, вместо того, чтобы быть перпендикулярными, они слегка перекошены для совмещения с векторной суммой токов Фарадея и Холла, что позволяет извлечь максимальную энергию из проводящей жидкости. На рисунке ниже показан процесс проектирования.
генератор эффекта Холла
Конструкция дискового MHD-генератора
Дисковый МГД-генератор с эффектом Холла очень эффективен и является наиболее часто используемой конструкцией. В центре дискового генератора течет жидкость. Каналы охватывают диск и текущую жидкость. Пара катушек Гельмгольца используется для создания магнитного поля как над, так и под диском.
Токи Фарадея текут по границе диска, а ток эффекта Холла течет между кольцевыми электродами, расположенными в центре и на границе диска.
ток в диске
Принцип МГД-генератора
МГД-генератор обычно называют жидкостным динамо-машиной, которое сравнивают с механическим динамо-машиной. металл проводник при прохождении через магнитное поле генерирует ток в проводнике.
Однако в МГД-генераторе вместо металлического проводника используется проводящая жидкость. Поскольку проводящая жидкость ( Водитель ) движется через магнитное поле, он создает электрическое поле, перпендикулярное магнитному полю. Этот процесс производства электроэнергии с помощью МГД основан на принципе Закон Фарадея из электромагнитная индукция .
Когда проводящая жидкость протекает через магнитное поле, в ее жидкости создается напряжение, и оно перпендикулярно как потоку жидкости, так и магнитному полю в соответствии с правилом правой руки Флеминга.
Применяя правило правой руки Флеминга к МГД-генератору, проводящая жидкость пропускается через магнитное поле «B». В проводящей жидкости есть частицы свободного заряда, движущиеся со скоростью «v».
Эффекты заряженной частицы, движущейся со скоростью «v» в постоянном магнитном поле, задаются законом силы Лоренца. Простейшая форма этого описания дается ниже векторным уравнением.
F = Q (v x B)
Где,
«F» - сила, действующая на частицу.
«Q» - заряд частицы,
‘V’ - скорость частицы, а
«B» - магнитное поле.
Вектор «F» перпендикулярен как «v», так и «B» согласно правилу правой руки.
Генератор MHD работает
МГД электричество Схема генерации показана ниже с возможными модулями системы. Прежде всего, для МГД-генератора требуется источник газа с высокой температурой, которым может быть либо теплоноситель ядерного реактора, либо высокотемпературные газы сгорания, полученные из угля.
mhd-генератор-рабочий
Когда газ и топливо проходят через расширительное сопло, это снижает давление газа и увеличивает скорость жидкости / плазмы через МГД канал, а также увеличивает общую эффективность выходной мощности. Тепло выхлопных газов, производимое жидкостью через канал, является мощностью постоянного тока. Раньше он запускал компрессор для увеличения скорости сгорания топлива.
Циклы МГД и рабочие жидкости
В генераторах MHD можно использовать такие виды топлива, как уголь, нефть, природный газ и другие виды топлива, способные создавать высокие температуры. Помимо этого, МГД-генераторы могут использовать ядерную энергию для производства электроэнергии.
Генераторы МГД бывают двух типов - системы открытого цикла и системы замкнутого цикла. В системе с открытым циклом рабочая жидкость проходит через канал MHD только один раз. Это производит выхлопные газы после выработки электроэнергии, которая выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Рабочая жидкость в системе с замкнутым циклом возвращается к источнику тепла для повторного использования.
В качестве рабочего тела в системе с открытым циклом используется воздух, а в системе с замкнутым циклом - гелий или аргон.
Преимущества
А Преимущества МГД-генератора включая следующее.
- Генераторы МГД преобразуют тепловую или тепловую энергию непосредственно в электрическую.
- В нем нет движущихся частей, поэтому механические потери будут минимальными.
- Высокоэффективный Имеет более высокий КПД по сравнению с обычными генераторами, поэтому общая стоимость МГД-установки ниже по сравнению с обычными паровыми установками.
- Стоимость эксплуатации и обслуживания меньше
- Работает на любом типе топлива и имеет более эффективное использование топлива.
Недостатки
В Недостатки МГД-генератора включая следующее.
- Содействует значительным потерям, включая потери на трение жидкости и теплопередачу.
- Требуются большие магниты, что приводит к более высоким затратам на внедрение МГД-генераторов.
- Высокие рабочие температуры в диапазоне от 200 ° K до 2400 ° K быстрее вызывают коррозию компонентов.
Применение МГД-генератора
Приложения
- МГД-генераторы используются для управления подводными лодками, самолетами, экспериментами в гиперзвуковой аэродинамической трубе, оборонными приложениями и т. Д.
- Они используются как бесперебойное питание системы и как электростанции в промышленности
- Их можно использовать для выработки электроэнергии для бытовых нужд.
FAQs
1). Что такое практический МГД-генератор?
На ископаемом топливе были разработаны практические МГД-генераторы. Однако их обогнали недорогие комбинированные циклы, в которых выхлоп газовых турбин нагревает пар для запуска паровой турбины.
2). Что такое посев в генерации МГД?
Посев - это процесс введения затравочного материала, такого как карбонат калия или цезий, в плазму / жидкость для увеличения электропроводности.
3). Что такое МГД-поток?
Медленное движение жидкости можно описать как регулярное и упорядоченное движение. Любое нарушение скорости потока приводит к турбулентности, быстро меняющей характеристики потока.
4). Какое топливо используется в производстве электроэнергии с МГД?
Охлаждающие газы, такие как гелий и углекислый газ, используются в качестве плазмы в ядерных реакторах для управления выработкой электроэнергии с помощью МГД.
5). Может ли плазма генерировать электричество?
Плазма - хороший проводник электричества, так как в ней много свободных электронов. Он становится электропроводным при приложении электрических и магнитных полей, которые влияют на поведение заряженных частиц.
Эта статья дает подробное описание обзор генератора МГД , который вырабатывает электричество с помощью металлической жидкости. Мы также обсудили принцип, конструкцию и методы работы МГД-генератора. Кроме того, в этой статье освещаются преимущества и недостатки, а также различные применения МГД-генератора. Вот вам вопрос, в чем функция генератора?
