Generador magnetohidrodinàmic: dispositiu, principi de funcionament i finalitat

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Fins ara no s'han estudiat i aplicat amb èxit totes les fonts d'energia alternatives del planeta Terra. No obstant això, la humanitat es desenvolupa activament en aquesta direcció i troba noves opcions. Un d'ells era obtenir energia de l'electròlit, que es troba en un camp magnètic.

Efecte dissenyat i origen del nom

Els primers treballs en aquest camp s'atribueixen a Faraday, que va treballar en condicions de laboratori ja l'any 1832. Va investigar l'anomenat efecte magnetohidrodinàmic, o millor dit, buscava una força motriu electromagnètica i va intentar aplicar-la amb èxit. El corrent del riu Tàmesi va ser utilitzat com a font d'energia. Juntament amb el nom de l'efecte, la instal·lació també va rebre el seu nom: un generador magnetohidrodinàmic.

Aquest dispositiu MHD en converteix directament unforma d'energia en una altra, és a dir, mecànica en elèctrica. Les característiques d'aquest procés i la descripció del principi del seu funcionament en conjunt es descriuen en detall a la magnetohidrodinàmica. El propi generador va rebre el nom d'aquesta disciplina.

Descripció de l'acció d'efecte

Primer de tot, hauríeu d'entendre què passa durant el funcionament del dispositiu. Aquesta és l'única manera d'entendre el principi del generador magnetohidrodinàmic en acció. L'efecte es basa en l'aparició d'un camp elèctric i, per descomptat, d'un corrent elèctric a l'electròlit. Aquest últim està representat per diversos mitjans, per exemple, metall líquid, plasma (gas) o aigua. D'això podem concloure que el principi de funcionament es basa en la inducció electromagnètica, que utilitza un camp magnètic per generar electricitat.

Resulta que el conductor ha de tallar-se amb les línies de força del camp. Aquesta, al seu torn, és una condició obligatòria perquè els fluxos d'ions amb càrregues oposades respecte a les partícules en moviment comencin a aparèixer dins del dispositiu. També és important tenir en compte el comportament de les línies de camp. El camp magnètic construït a partir d'ells es mou dins del propi conductor en sentit contrari a aquell on es troben les càrregues iòniques.

Definició i història del generador MHD

La instal·lació és un dispositiu per convertir l'energia tèrmica en energia elèctrica. Aplica totalment l'anteriorEfecte. Al mateix temps, els generadors magnetohidrodinàmics es van considerar en un moment una idea força innovadora i innovadora, la construcció de les primeres mostres de la qual va ocupar la ment dels principals científics del segle XX. Aviat, el finançament d'aquests projectes es va esgotar per raons que no estan del tot clares. Les primeres instal·lacions experimentals ja s'han aixecat, però el seu ús s'ha abandonat.

Els primers dissenys de generadors magnetodinàmics es van descriure el 1907-910, però, no es van poder crear a causa d'una sèrie de característiques físiques i arquitectòniques contradictòries. Com a exemple, podem citar el fet que encara no s'han creat materials que puguin funcionar normalment a temperatures de funcionament de 2500-3000 graus centígrads en un ambient gasós. El model rus hauria d'aparèixer en un MGDES especialment construït a la ciutat de Novomichurinsk, que es troba a la regió de Riazan, molt a prop de la central elèctrica del districte estatal. El projecte es va cancel·lar a principis de la dècada de 1990.

Com funciona el dispositiu

El disseny i el principi de funcionament dels generadors magnetohidrodinàmics repeteixen en la seva majoria els de les variants de màquines ordinàries. La base és l'efecte de la inducció electromagnètica, que significa que apareix un corrent al conductor. Això es deu al fet que aquest últim creua les línies de camp magnètic dins del dispositiu. Tanmateix, hi ha una diferència entre la màquina i els generadors MHD. Rau en el fet que per a variants magnetohidrodinàmiques comEl conductor l'utilitza directament el propi cos de treball.

L'acció també es basa en partícules carregades, que es veuen afectades per la força de Lorentz. El moviment del fluid de treball es produeix a través del camp magnètic. A causa d'això, hi ha fluxos de portadors de càrrega amb direccions exactament oposades. En l'etapa de formació, els generadors MHD utilitzaven principalment líquids o electròlits conductors de l'electricitat. Eren ells qui eren el mateix cos de treball. Les variacions modernes han passat al plasma. Els portadors de càrrega de les noves màquines són ions positius i electrons lliures.

Disseny de generadors MHD

El primer node del dispositiu s'anomena canal pel qual es mou el fluid de treball. Actualment, els generadors magnetohidrodinàmics utilitzen principalment plasma com a mitjà principal. El següent node és un sistema d'imants que s'encarreguen de crear un camp magnètic i elèctrodes per desviar l'energia que es rebrà durant el procés de treball. Tanmateix, les fonts poden ser diferents. Tant els electroimants com els imants permanents es poden utilitzar al sistema.

A continuació, el gas condueix l'electricitat i s'escalfa fins a la temperatura d'ionització tèrmica, que és d'aproximadament 10.000 Kelvin. Després d'aquest indicador s'ha de reduir. La barra de temperatura baixa a 2, 2-2, 7 mil Kelvin a causa del fet que s'afegeixen additius especials amb metalls alcalins a l'entorn de treball. En cas contrari, el plasma no és suficientgrau efectiu, perquè el valor de la seva conductivitat elèctrica és molt inferior al de la mateixa aigua.

Cicle típic del dispositiu

Els altres nodes que conformen el disseny del generador magnetohidrodinàmic s'enumeren millor juntament amb una descripció dels processos funcionals en la seqüència en què es produeixen.

1. La cambra de combustió rep el combustible carregat. També s'afegeixen agents oxidants i diversos additius.
2. El combustible comença a cremar-se i permet que es formi gas com a producte de la combustió.
3. A continuació, s'activa el filtre del generador. Els gasos hi passen, després s'expandeixen i la seva velocitat augmenta fins a la velocitat del so.
4. L'acció arriba a una cambra que fa passar un camp magnètic per ella mateixa. A les seves parets hi ha elèctrodes especials. Aquí és on entren els gasos en aquesta etapa del cicle.
5. Llavors, el cos de treball sota la influència de partícules carregades es desvia de la seva trajectòria primària. La nova direcció és exactament on es troben els elèctrodes.
6. La darrera etapa. Es genera un corrent elèctric entre els elèctrodes. Aquí és on acaba el cicle.

Classificacions principals

Hi ha moltes opcions per al dispositiu acabat, però el principi de funcionament serà pràcticament el mateix en qualsevol d'elles. Per exemple, és possible llançar un generador magnetohidrodinàmic sobre combustible sòlid com els productes de combustió fòssils. També com a fonts'utilitzen energia, vapors de metalls alcalins i les seves mescles bifàsiques amb metalls líquids. Segons la durada de l'operació, els generadors MHD es divideixen en a llarg termini i a curt termini, i aquests últims en polsats i explosius. Les fonts de calor inclouen reactors nuclears, intercanviadors de calor i motors a reacció.

A més, també hi ha una classificació segons el tipus de cicle laboral. Aquí la divisió només es produeix en dos tipus principals. Els generadors de cicle obert tenen un fluid de treball barrejat amb additius. Els productes de la combustió passen per la cambra de treball, on es netegen les impureses del procés i s'alliberen a l'atmosfera. En un cicle tancat, el fluid de treball entra a l'intercanviador de calor i només després entra a la cambra del generador. A continuació, els productes de la combustió estan esperant el compressor, que completa el cicle. Després d'això, el fluid de treball torna a la primera etapa de l'intercanviador de calor.

Característiques principals

Si la qüestió de què produeix un generador magnetohidrodinàmic es pot considerar totalment coberta, s'han de presentar els principals paràmetres tècnics d'aquests dispositius. El primer d'ells en importància és probablement el poder. És proporcional a la conductivitat del fluid de treball, així com als quadrats de la intensitat del camp magnètic i la seva velocitat. Si el fluid de treball és un plasma amb una temperatura d'uns 2-3 mil Kelvin, aleshores la conductivitat és proporcional a aquest en 11-13 graus i inversament proporcional a l'arrel quadrada de la pressió.

També hauríeu de proporcionar dades sobre el cabal iinducció de camp magnètic. La primera d'aquestes característiques varia bastant àmpliament, que va des de velocitats subsòniques fins a velocitats hipersòniques fins a 1900 metres per segon. Pel que fa a la inducció del camp magnètic, depèn del disseny dels imants. Si són d'acer, la barra superior es fixarà al voltant de 2 T. Per a un sistema que consta d'imants superconductors, aquest valor augmenta a 6-8 T.

Aplicació de generadors MHD

Avui no s'observa un ús ampli d'aquests dispositius. No obstant això, teòricament és possible construir centrals elèctriques amb generadors magnetohidrodinàmics. Hi ha tres variacions vàlides en total:

1. Centrals elèctriques de fusió. Utilitzen un cicle sense neutrons amb un generador MHD. És habitual utilitzar plasma a altes temperatures com a combustible.
2. Centrals tèrmiques. S'utilitza un tipus de cicle obert, i les instal·lacions en si són bastant senzilles pel que fa a les característiques de disseny. Aquesta opció és la que encara té perspectives de desenvolupament.
3. Centrals nuclears. El fluid de treball en aquest cas és un gas inert. S'escalfa en un reactor nuclear en cicle tancat. També té perspectives de desenvolupament. Tanmateix, la possibilitat d'aplicació depèn de l'aparició de reactors nuclears amb una temperatura del fluid de treball superior a 2 mil Kelvin.

Perspectiva del dispositiu

La rellevància dels generadors magnetohidrodinàmics depèn d'una sèrie de factors iproblemes encara no resolts. Un exemple és la capacitat d'aquests dispositius per generar només corrent continu, la qual cosa fa que per al seu manteniment cal dissenyar inversors prou potents i, a més, econòmics.

Un altre problema visible és la manca de materials necessaris que puguin funcionar durant un temps prou llarg en condicions d'escalfament de combustible a temperatures extremes. El mateix s'aplica als elèctrodes utilitzats en aquests generadors.

Altres usos

A més de funcionar al cor de les centrals elèctriques, aquests aparells poden funcionar en centrals elèctriques especials, la qual cosa seria molt útil per a l'energia nuclear. L'ús d'un generador magnetohidrodinàmic també està permès en sistemes d'avions hipersònics, però fins ara no s'ha observat cap avenç en aquesta àrea.