Jenereta ya Magnetohydrodynamic: kifaa, kanuni ya uendeshaji na madhumuni

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Sio vyanzo vyote vya nishati mbadala kwenye sayari ya Dunia ambavyo vimefanyiwa utafiti na kutumika kwa mafanikio kufikia sasa. Walakini, ubinadamu unaendelea kikamilifu katika mwelekeo huu na kutafuta chaguzi mpya. Mojawapo ilikuwa kupata nishati kutoka kwa elektroliti, ambayo iko kwenye uwanja wa sumaku.

Athari iliyoundwa na asili ya jina

Kazi za kwanza katika uwanja huu zinahusishwa na Faraday, ambaye alifanya kazi katika hali ya maabara mapema 1832. Alichunguza kinachojulikana athari ya magnetohydrodynamic, au tuseme, alikuwa akitafuta nguvu ya kuendesha gari ya umeme na akajaribu kuitumia kwa mafanikio. Mkondo wa Mto Thames ulitumika kama chanzo cha nishati. Pamoja na jina la athari, usakinishaji pia ulipokea jina lake - jenereta ya magnetohydrodynamic.

Kifaa hiki cha MHD hubadilisha moja kwa mojaaina ya nishati ndani ya nyingine, yaani mitambo ndani ya umeme. Makala ya mchakato huo na maelezo ya kanuni ya uendeshaji wake kwa ujumla ni ilivyoelezwa kwa undani katika magnetohydrodynamics. Jenereta yenyewe ilipewa jina la taaluma hii.

Maelezo ya kitendo cha athari

Kwanza kabisa, unapaswa kuelewa kinachotokea wakati wa uendeshaji wa kifaa. Hii ndiyo njia pekee ya kuelewa kanuni ya jenereta ya magnetohydrodynamic katika hatua. Athari inategemea kuonekana kwa uwanja wa umeme na, bila shaka, sasa ya umeme katika electrolyte. Mwisho huo unawakilishwa na vyombo vya habari mbalimbali, kwa mfano, chuma kioevu, plasma (gesi) au maji. Kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kwamba kanuni ya utendakazi inatokana na uingizaji wa sumakuumeme, ambayo hutumia uga wa sumaku kuzalisha umeme.

Inabadilika kuwa kondakta lazima akatane na njia za uga za nguvu. Hii, kwa upande wake, ni hali ya lazima kwa mtiririko wa ioni na chaji kinyume kuhusiana na chembe zinazohamia kuanza kuonekana ndani ya kifaa. Pia ni muhimu kuzingatia tabia ya mistari ya shamba. Uga wa sumaku uliojengwa kutoka kwao husogea ndani ya kondakta yenyewe katika mwelekeo tofauti na ule ambapo chaji za ioni ziko.

Ufafanuzi na historia ya jenereta ya MHD

Usakinishaji ni kifaa cha kubadilisha nishati ya joto kuwa nishati ya umeme. Inatumika kikamilifu hapo juuAthari. Wakati huo huo, jenereta za magnetohydrodynamic zilizingatiwa wakati mmoja kuwa wazo la ubunifu na la mafanikio, ujenzi wa sampuli za kwanza ambazo zilichukua mawazo ya wanasayansi wakuu wa karne ya ishirini. Hivi karibuni, ufadhili wa miradi kama hiyo uliisha kwa sababu ambazo haziko wazi kabisa. Usakinishaji wa kwanza wa majaribio tayari umesimamishwa, lakini matumizi yake yameachwa.

Miundo ya kwanza kabisa ya jenereta za magnetodynamic ilielezewa nyuma mnamo 1907-910, hata hivyo, haikuweza kuundwa kwa sababu ya idadi ya vipengele vinavyokinzana vya kimwili na vya usanifu. Kwa mfano, tunaweza kutaja ukweli kwamba nyenzo bado hazijaundwa ambazo zinaweza kufanya kazi kwa kawaida kwa joto la uendeshaji la nyuzi 2500-3000 Celsius katika mazingira ya gesi. Mfano wa Kirusi ulipaswa kuonekana katika MGDES iliyojengwa maalum katika jiji la Novomichurinsk, ambalo liko katika mkoa wa Ryazan karibu na kituo cha nguvu cha wilaya. Mradi huu ulighairiwa mwanzoni mwa miaka ya 1990.

Jinsi kifaa kinavyofanya kazi

Muundo na kanuni ya uendeshaji wa jenereta za magnetohydrodynamic kwa sehemu kubwa hurudia zile za lahaja za mashine za kawaida. Msingi ni athari ya induction ya umeme, ambayo ina maana kwamba sasa inaonekana katika kondakta. Hii ni kutokana na ukweli kwamba mwisho huvuka mistari ya shamba la magnetic ndani ya kifaa. Hata hivyo, kuna tofauti moja kati ya mashine na jenereta za MHD. Iko katika ukweli kwamba kwa lahaja za magnetohydrodynamic kamakondakta hutumiwa moja kwa moja na chombo chenyewe cha kufanya kazi.

Hatua hiyo pia inategemea chembe zilizochajiwa, ambazo huathiriwa na nguvu ya Lorentz. Harakati ya maji ya kazi hutokea kwenye uwanja wa magnetic. Kutokana na hili, kuna mtiririko wa flygbolag za malipo na maelekezo kinyume kabisa. Katika hatua ya malezi, jenereta za MHD zilitumia vinywaji vya umeme vya umeme au elektroliti. Ni wao ambao walikuwa chombo cha kazi sana. Tofauti za kisasa zimebadilika kwa plasma. Vibeba chaji vya mashine mpya ni ioni chanya na elektroni zisizolipishwa.

Muundo wa jenereta za MHD

Njia ya kwanza ya kifaa inaitwa njia ambayo umajimaji unaofanya kazi husogea. Kwa sasa, jenereta za magnetohydrodynamic hutumia plasma kama njia kuu. Node inayofuata ni mfumo wa sumaku unaohusika na kuunda shamba la magnetic na electrodes ili kugeuza nishati ambayo itapokelewa wakati wa mchakato wa kazi. Walakini, vyanzo vinaweza kuwa tofauti. Sumakume za kielektroniki na sumaku za kudumu zinaweza kutumika kwenye mfumo.

Inayofuata, gesi hutoa umeme na kupasha joto hadi kiwango cha joto cha ioni, ambacho ni takriban 10,000 Kelvin. Baada ya kiashiria hiki lazima kupunguzwa. Joto la joto linashuka hadi 2, 2-2, 7,000 Kelvin kutokana na ukweli kwamba viongeza maalum na metali za alkali huongezwa kwa mazingira ya kazi. Vinginevyo, plasma haitoshiufanisi wa kiwango, kwa sababu thamani ya upitishaji umeme wake inakuwa chini sana kuliko ile ya maji yale yale.

Mzunguko wa kawaida wa kifaa

Vifundo vingine vinavyounda muundo wa jenereta ya magnetohydrodynamic vimeorodheshwa vyema zaidi pamoja na maelezo ya michakato ya utendakazi katika mfuatano ambayo hutokea.

1. Chumba cha mwako hupokea mafuta yaliyopakiwa ndani yake. Ajenti za kuongeza vioksidishaji na viungio mbalimbali pia huongezwa.
2. mafuta huanza kuwaka, na hivyo kuruhusu gesi kuunda kama bidhaa ya mwako.
3. Inayofuata, pua ya jenereta inawashwa. Gesi hupitia humo, kisha hupanuka, na kasi yao huongezeka hadi kasi ya sauti.
4. Kitendo huja kwenye chemba inayopitisha uga wa sumaku kupitia yenyewe. Juu ya kuta zake ni electrodes maalum. Hapa ndipo gesi huingia katika hatua hii ya mzunguko.
5. Kisha chombo kinachofanya kazi kwa kuathiriwa na chembe zilizochajiwa hukengeuka kutoka kwenye njia yake msingi. Uelekeo mpya ndipo elektrodi zilipo.
6. Hatua ya mwisho. Mkondo wa umeme huzalishwa kati ya electrodes. Hapa ndipo mzunguko unapoishia.

Ainisho kuu

Kuna chaguo nyingi za kifaa kilichokamilika, lakini kanuni ya utendakazi itakuwa sawa katika yoyote kati yao. Kwa mfano, inawezekana kuzindua jenereta ya magnetohydrodynamic kwenye mafuta imara kama vile bidhaa za mwako. Pia kama chanzonishati, mvuke za chuma za alkali na mchanganyiko wao wa awamu mbili na metali za kioevu hutumiwa. Kwa mujibu wa muda wa operesheni, jenereta za MHD zinagawanywa kwa muda mrefu na mfupi, na mwisho - katika pulsed na kulipuka. Vyanzo vya joto ni pamoja na vinu vya nyuklia, vibadilisha joto na injini za ndege.

Kwa kuongeza, pia kuna uainishaji kulingana na aina ya mzunguko wa kazi. Hapa mgawanyiko hutokea tu katika aina mbili kuu. Jenereta za mzunguko wazi zina giligili ya kufanya kazi iliyochanganywa na viungio. Bidhaa za mwako hupitia chumba cha kazi, ambapo husafishwa kwa uchafu katika mchakato na kutolewa kwenye anga. Katika mzunguko uliofungwa, maji ya kazi huingia kwenye mchanganyiko wa joto na kisha tu huingia kwenye chumba cha jenereta. Ifuatayo, bidhaa za mwako zinasubiri compressor, ambayo inakamilisha mzunguko. Baada ya hapo, kiowevu cha kufanya kazi hurudi kwenye hatua ya kwanza katika kibadilisha joto.

Sifa Kuu

Ikiwa swali la nini huzalisha jenereta ya magnetohydrodynamic inaweza kuchukuliwa kufunikwa kikamilifu, basi vigezo kuu vya kiufundi vya vifaa vile vinapaswa kuwasilishwa. Ya kwanza ya haya kwa umuhimu labda ni nguvu. Ni sawa na conductivity ya maji ya kazi, pamoja na mraba wa nguvu ya shamba la magnetic na kasi yake. Ikiwa maji ya kufanya kazi ni plasma yenye joto la Kelvin elfu 2-3, basi conductivity ni sawia nayo katika digrii 11-13 na kinyume chake ni sawia na mzizi wa mraba wa shinikizo.

Unapaswa pia kutoa data kuhusu kasi ya mtiririko nainduction ya uwanja wa sumaku. Ya kwanza ya sifa hizi inatofautiana sana, kuanzia kasi ya subsonic hadi kasi ya hypersonic hadi mita 1900 kwa pili. Kuhusu induction ya shamba la sumaku, inategemea muundo wa sumaku. Ikiwa zimetengenezwa kwa chuma, basi baa ya juu itawekwa karibu 2 T. Kwa mfumo unaojumuisha sumaku zinazopitisha nguvu nyingi, thamani hii hupanda hadi 6-8 T.

Matumizi ya jenereta za MHD

Matumizi mapana ya vifaa kama hivyo leo hayazingatiwi. Walakini, inawezekana kinadharia kujenga mitambo ya nguvu na jenereta za magnetohydrodynamic. Kuna tofauti tatu halali kwa jumla:

1. Mitambo ya kuzalisha umeme ya Fusion. Wanatumia mzunguko wa neutronless na jenereta ya MHD. Ni desturi kutumia plasma kwenye joto la juu kama mafuta.
2. Mitambo ya kuzalisha umeme kwa joto. Aina ya wazi ya mzunguko hutumiwa, na mitambo yenyewe ni rahisi sana kwa suala la vipengele vya kubuni. Ni chaguo hili ambalo bado lina matarajio ya maendeleo.
3. Mitambo ya nyuklia. Maji ya kazi katika kesi hii ni gesi ya inert. Inapokanzwa katika reactor ya nyuklia katika mzunguko uliofungwa. Pia ina matarajio ya maendeleo. Hata hivyo, uwezekano wa maombi inategemea kuibuka kwa vinu vya nyuklia na joto la maji ya kufanya kazi zaidi ya elfu 2 Kelvin.

Mtazamo wa Kifaa

Umuhimu wa jenereta za magnetohydrodynamic hutegemea mambo kadhaa namatatizo bado hayajatatuliwa. Mfano ni uwezo wa vifaa vile kuzalisha sasa moja kwa moja tu, ambayo ina maana kwamba kwa ajili ya matengenezo yao ni muhimu kuunda nguvu za kutosha na, zaidi ya hayo, inverters za kiuchumi.

Tatizo lingine linaloonekana ni ukosefu wa nyenzo muhimu ambazo zinaweza kufanya kazi kwa muda mrefu wa kutosha chini ya hali ya joto la mafuta hadi joto kali. Hali hiyo hiyo inatumika kwa elektrodi zinazotumiwa katika jenereta kama hizo.

Matumizi mengine

Mbali na kufanya kazi kwenye kitovu cha mitambo ya kuzalisha umeme, vifaa hivi vinaweza kufanya kazi katika mitambo maalum ya kuzalisha umeme, ambayo inaweza kuwa muhimu sana kwa nishati ya nyuklia. Matumizi ya jenereta ya magnetohydrodynamic pia inaruhusiwa katika mifumo ya ndege ya hypersonic, lakini hadi sasa hakuna maendeleo ambayo yamezingatiwa katika eneo hili.