Энергетические возможности МГД эффекта

Актуальность

Природа нам приготовила несметное количество электроэнергии. Огромная ее часть сосредоточена в мировом океане. В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии [1]. Пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемого топлива, использование которого к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам безвредных источников энергии, например энергии в Мировом океане. Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др. Кроме этого, морская вода – природный электролит и содержит в 1 л несметное количество разных ионов, к примеру, положительных ионов натрия и отрицательных ионов хлора. Заманчивой становится перспектива – поставить такое устройство в природный нескончаемый поток естественных морских течений и получать в результате недорогую электроэнергию из морской воды и передавать ее на берег. Одним из таких устройств может стать генератор, в котором используется магнитогидродинамический эффект. Это и стало

темой исследования: “Энергетические возможности магнитогидродинамического эффекта”.

Целью исследования является описание, демонстрация и возможности использования магнитогидродинамического эффекта. Объектом исследования является: движение заряженных частиц в магнитном поле. Предмет исследования: магнитогидродинамический эффект, магнитогидродинамический генератор.

Для реализации поставленной цели решались следующие

задачи:
1. Провести историко–логический анализ учебных, научных, научно–популярных источников информации.
2. Выявить физические законы, принципы, которые объясняют, в чем заключается магнитогидродинамический эффект.
3. Выявление возможностей использования МГД–эффекта в качестве энергетического ресурса.
4. Изготовить модель, демонстрирующую магнитогидродинамический эффект.

Для наиболее эффективного решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение источников информации, анализ, метод обобщений, эксперимент.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Магнитогидродинамический эффект

[2] — возникновение электрического поля и электрического тока при движении электропроводной жидкости или ионизированного газа в магнитном поле. Магнитогидродинамический эффект основан на явлении электромагнитной индукции, то есть на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. В данном случае, проводниками являются электролиты, жидкие металлы или ионизированные газы (плазма). При движении поперек магнитного поля в них возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков. На основе магнитогидродинамического эффекта созданы устройства — магнитогидродинамические генераторы (МГД–генераторы), которые относятся к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.

МГД–генератор – это энергетическая установка, в которой тепловая энергия рабочего тела (электролита, жидкого металла или плазмы) преобразуется непосредственно в электрическую. Еще в 1832 году Майкл Фарадей [3] пытался обнаружить ЭДС между электродами, опущенными в реку Темзу (в потоке речной воды есть ионы растворённых солей, движущиеся в магнитном поле Земли), но чувствительность измерительных приборов была слишком мала, чтобы обнаружить ЭДС. А в 1970–80– е годы возлагались большие надежды на создание промышленных МГД–генераторов, использующих плазму (поток ионизированного газа), велись многочисленные разработки, строились экспериментальные МГД–генераторы, но постепенно всё затихло.

Достаточно подробно о принципе работы МГД–генераторов рассказывается в одном из выпусков журнала “Двигатель” [4].
С одной стороны, МГД – генераторы имеют широкие возможности применения, с другой стороны, они не очень распространены. Попробуем разобраться в этом вопросе. Изучив соответствующую литературу [5, 6, 7], мы составили список преимуществ и недостатков МГД–генераторов.

Преимущества МГД–генераторов

* Очень высокая мощность, до нескольких мегаватт на не очень большую установку
* В нём не используются вращающиеся детали, следовательно, отсутствуют потери на трение.
* Рассматриваемые генераторы являются объемными машинами – в них протекают объемные процессы. С увеличением объема уменьшается роль нежелательных поверхностных процессов (загрязнения, токов утечки). В то же время увеличение объема, а с ним и мощности генератора практически ничем не ограничено (и 2 ГВт, и более), что соответствует тенденции роста мощности единичных агрегатов.

* При более высоком к.п.д. МГД-генераторов существенно уменьшается выброс вредных веществ, которые обычно содержатся в отработанных газах.
* Большой успех в технической отработке использования МГД – генераторов для производства электрической энергии был достигнут благодаря комбинации магнитогидродинамической ступени с котельным агрегатом. В этом случае горячие газы, пройдя через генератор, не выбрасываются в трубу, а обогревают парогенераторы ТЭС, перед которыми помещена МГД – ступень. Общий КПД таких электростанций достигают небывалой величины – 65%

* Высокая маневренность

Недостатки МГД–генераторов

* Необходимость применения сверх жаропрочных материалов. Угроза расплавления. Температура 2000 – 3000 К. Химически активный и горячий ветер имеет скорость 1000 – 2000 м/с
* Генератор вырабатывает только постоянный ток. Создание эффективного электрического инвертора для преобразования постоянного тока в переменный.
* Среда в МГД-генераторе с открытым циклом – химически активные продукты сгорания топлива. В МГД-генераторе с замкнутым циклом – хотя и химически неактивные инертные газы, но зато очень химически активная примесь (цезий)

* Рабочее тело попадает в так называемый МГД-канал, где и происходит возникновение электродвижущей силы. Канал может быть трех видов. Надежность и продолжительность работы электродов – общая проблема всех каналов. При температуре среды в несколько тысяч градусов электроды весьма недолговечны.
* Несмотря на то, что генерируемая мощность пропорциональна квадрату индукции магнитного поля, для промышленных установок требуются очень мощные магнитные системы, гораздо более мощные, чем опытные.
* При температуре газа ниже 2000° С в нем остается так мало свободных электронов, что для использования в генераторе она уже не годится. Чтобы не расходовать зря тепло, поток газа пропускают через теплообменники. В них тепло передается воде, а образовавшийся пар подается в паровую турбину.
* На данный момент наиболее широко изучены и разработаны плазменные МГД-генераторы. Информации о МГД-генераторах, использующих в качестве рабочего тела морскую воду, не найдено.

Из этого списка видно, что имеется целый ряд проблем, который еще необходимо преодолеть. Эти трудности решаются многими остроумными способами.

В целом этап концептуальных поисков в области МГД–генераторов в основном пройден. Еще в шестидесятых годах прошлого века были проведены основные теоретические и экспериментальные исследования, созданы лабораторные установки. Результаты исследований и накопленный инженерный опыт позволили российским ученым в 1965 г. ввести в действие комплексную модельную энергетическую установку “У–02”, работавшую на природном топливе. Несколько позднее было начато проектирование опытно–промышленной МГД–установки “У–25”, которое проводилось одновременно с исследовательскими работами на “У–02”. Успешный пуск этой первой опытно–промышленной энергетической установки, имевшей расчетную мощность 25 МВт, состоялся в 1971 г.

В настоящее время на Рязанской ГРЭС используется головной МГД–энергоблок 500 МВт, включающий МГД–генератор мощностью около 300 МВт и паротурбинную часть мощностью 315 МВт с турбиной К–300–240. При установленной мощности свыше 610 МВт выдача мощности МГД–энергоблока в систему составляет 500 МВт за счет значительного расхода энергии на собственные нужды в МГД–части. Коэффициент полезного действия МГД–500 превышает 45 %, удельный расход условного топлива составит примерно 270 г/(кВт–ч). Головной МГД–энергоблок запроектирован на использование природного газа, в дальнейшем предполагается переход на твердое топливо. Исследования и разработки МГД–генераторов широко развёрнуты в США, Японии, Нидерландах, Индии и др. странах. В США эксплуатируется опытная МГД–установка на угле тепловой мощностью 50 МВт. Все перечисленные МГД–генераторы используют плазму в качестве рабочего тела. Хотя, на наш взгляд, можно использовать в качестве электролита и морскую воду. В качестве примера нами проделан эксперимент, демонстрирующий МГД–эффект. Для того, чтобы продемонстрировать энергетические возможности МГД–генератора изготовлена лодка на МГД приводе.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Продемонстрировать МГД–эффект можно используя следующий набор материалов:
1. Магнит;
2. Соль;
3. Перец;
4. Батарейка;
5. Медные провода.

Ход работы:
1. Делаем водный раствор соли и добавляем перец. Это необходимо для того, чтобы было видно движение потоков жидкости.
2. Ставим небольшой сосуд с приготовленным раствором на магнит.
3. Опускаем концы медной проволоки, присоединенные другими концами к полюсам батарейки, в приготовленный раствор (фото 1).
4. Наблюдаем движение потоков жидкости между концами медной проволоки.

Фото 1

Объяснение: Раствор соли является проводником электрического тока – электролит. Электролит будет двигаться в магнитном поле, под действием силы Лоренца. В этом и заключается МГД–эффект.

Используя явление МГД–эффекта, была изготовлена лодка на МГД–приводе [8]. Используемые материалы представлены на фото 2, готовая лодка на фото 3 и 4.

Фото 2

Фото 3, 4

Лодка будет перемещаться за счет движения электролита в магнитном поле.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что МГД–электричество, несмотря на все трудности, придет на службу человеку и люди научатся использовать в полной мере энергию океана. Ведь это просто необходимо современному человечеству, потому что запасы ископаемого топлива по расчетам ученых заканчиваются буквально на глазах у ныне живущих обитателей планеты Земля!

Литература

1. Володин В., Хазановская П. Энергия, век двадцать первый.– М.: Детская литература, 1989.– 142 с.
2. http://ru.wikipedia.org/ – свободная энциклопедия
3. http://www.naukadv.ru – сайт “Физика машин”
4. Касьян А. Напряжение плазменного смерча или просто – о МГД–генераторе //Двигатель, 2005, № 6
5. Магомедов А.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. – Махачкала: Издательско–полиграфическое объединение “Юпитер”, 1996
6. Ашкинази Л. МГД–генератор //Квант, 1980, № 11, С. 2–8
7. Кириллин В.А. Энергетика. Главные проблемы. – Москва: Знание, 1990 – 128 с.
8. http://how-make.ru – Сайт для любителей мастерить своими руками.

Работу выполнила:

Володенок Анастасия Викторовна, ученица 10 класса

Руководитель:

Филатова Надежда Олеговна, к.п.н., учитель физики

МОУ Сибирский лицей
г. Томск

МГД-генератор. Магнитогидродинамические генераторы.

Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы)

Больше других разработан метод магнитогидродинамического превращения теплоты в электрическую энергию, который можно использовать в крупной стационарной энергетике. В принципе этот метод основан на известном явлении, заключающемся в том, что при пересечении проводником магнитных силовых линий в нем наводится электродвижущая сила. Сильно ионизированный газ при достаточно большой электропроводности его и высокой температуре обладает таким же свойством, которое и используется в магнитогидродинамическом (МГД) методе превращения теплоты в электрическую энергию.

Рис. 1. Сравнение турбогенератора и МГД-генератора

— В турбогенераторе внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию пропеллера (ротора), а затем кинетическая энергия движущегося твердого проводника — в электрическую энергию

— В МГД генераторе движущейся газ сам является проводником. В результате внутренняя энергия электропроводного газа преобразуется в электрическую энергию.

— Движение проводников поперек магнитного поля приводит в обоих случаях к возникновению ЭДС и тока в соответствии с законом индукции Фарадея

Рис. 2. Принцип действия МГД-генератора: 1 обмотка электромагнита; 2 — камера сгорания; 3 присадка; 4 — воздух; 5 — топливо; 6 — сопло; 7 — электроды с последовательно включенной нагрузкой; 8 — выход продуктов сгорания.

В качестве рабочего тела в МГД-генераторе могут быть использованы, например, продукты сгорания топлива. Но поскольку они и при высоких температурах не обладают достаточной электрической проводимостью, ее приходится увеличивать или, другими словами, повышать степень ионизации газов присадкой к ним небольшого количества (~1%) щелочных металлов (калия, цезия и др.). Наилучшие результаты можно получить при применении плазмы, являющейся нейтральной смесью ионов, электронов и нейтральных частиц (квазинейтральной средой) при очень высоких температурах.

На принципиальной схеме МГД-генератора (рис. 3) топливо -горючий газ (но может быть и любое другое) подается под давлением по газопроводу в топочную камеру 1, работающую под давлением.

Рис. 3. Принципиальная схема МГД-генератора

Одновременно в топочную камеру подается присадка (цезий) для повышения степени ионизации продуктов сгорания. Ионизацию газа можно обеспечить и при помощи внешнего высокочастотного источника мощности. Но в этом случае энергия, расходуемая на высокочастотный источник, снижает общий КПД установки. Нужный для сгорания топлива воздух поступает в установку 12, где в нем повышают содержание кислорода. Обогащенный воздух проходит в компрессор 11 и направляется в воздухоподогреватель 6, из которого по воздухопроводу 5 поступает в топочную камеру 1. Рост в воздухе содержания кислорода и его нагрев до высокой температуры перед топочной камерой повышают температуру продуктов сгорания, покидающих камеру 1.

Высокотемпературные ионизированные продукты сгорания движутся с большой скоростью по каналу 4. В поперечном направлении к движению газов электромагнитом 3 создается мощное магнитное поле. При пересечении ионизированными газами магнитного поля в них возникает электродвижущая сила, а на электродах 2 — соответствующая разность электрических потенциалов. Часть электрической энергии расходуется электромагнитом на возбуждение магнитного поля, а другая часть ее, полученная в МГД-генераторе, поступает в преобразователь 10 постоянного тока на переменный. Температура газов после МГД-генератора очень высока (более 2000 °С), поэтому их теплоту целесообразно использовать в обычной теплосиловой установке, как это показано на рис. 3.

Продукты сгорания после МГД-генератора и частичного охлаждения в воздухоподогревателе 6 направляются в котельный агрегат, состоящий из экономайзерно-испарительной поверхности нагрева 5 и пароперегревателя 7, а затем охлажденные продукты сгорания удаляют в атмосферу через дымовую трубу 9.

Перегретый пар после котельного агрегата 7-8 направляется в паровую турбину 13, после расширения в которой поступает в охлаждаемый водой конденсатор 14. Конденсат из конденсатора 14 насосом 15 снова закачивается в котельный агрегат. Турбина 13 приводит в действие компрессор, служащий для сжатия до необходимого давления обогащенного воздуха, и электрический генератор 16 переменного тока, работающий параллельно с преобразователем 10, и суммарная электрическая энергия, вырабатываемая МГД-генератором и нормальным электрическим генератором, направляется к ее потребителям.

Эффективность МГД-генератора зависит от интенсивности магнитного поля, создаваемого электромагнитом. Стоимость электромагнита высока и он расходует большое количество электрической энергии.

Присутствие в горячих продуктах сгорания топлива активных присадок (цезия) вызывает коррозию электродов и обмуровки газоходов и нужны коррозионностойкие материалы для МГД-генераторов. Совместная установка МГД-генератора и нормальной теплоэнергетической установки (рис. 4) повысит суммарный коэффициент использования теплоты топлива минимум на 10%.

Рис. 4. Схема энергетической установки с МГД-генератором

Рис. 5. Процессы, происходящие при работе МГД-генератора

Рис. 6. Фото МГД-генератора «Хибины» на Кольском полуострове

Рис. 7. Устройство МГД-генератора

Рис. 8. Изменение мощности МГД-генератора (по зарубежным данным)

Магнитогидродинамическое генератор — Magnetohydrodynamic generator

МГД-генератор

Магнитогидродинамический генератор ( МГД — генератор ) представляет собой магнитогидродинамический преобразователь , который преобразует тепловую энергию и кинетическую энергию в электричество . МГД — генераторы отличаются от традиционных электрических генераторов в том , что они работают при высоких температурах без движущихся частей . МГД был разработан , потому что горячий отходящий газ из МГД — генератора можно нагревать котлы с паровой электростанции , повышая общую эффективность. МГД была разработана в качестве покровного цикла , чтобы увеличить эффективность генерации электрической , особенно при сжигании угля или природного газа . МГД динамо является дополнением МГДА ускорителей , которые применяются для перекачивания жидких металлов , морской воды и плазмы.

МГД — генератор, как и в обычном генераторе, опирается на перемещение проводника через магнитное поле , чтобы генерировать электрический ток. МГД — генератор использует горячий проводящий ионизированный газ (а в плазме ) в качестве подвижного проводника. Механическое динамо, напротив, использует движение механических устройств для достижения этой цели . МГД — генераторы являются технически практичными для ископаемых видов топлива, но были обогнали другими, менее дорогие технологиями, такие как комбинированные циклы , в которых газовая турбина «с или расплавленными углеродными топливным элементом » выхлопных газов с нагревает пар для питания паровой турбины .

Природный МГД динамо является активной областью исследований в области физики плазмы и представляют большой интерес к геофизике и астрофизика сообществам, так как магнитные поля Земли и Солнц производятся этим природным динамо.

Принцип

Закон сила Лоренца описывает эффекты заряженной частицы , движущейся в постоянном магнитном поле. Простейшая форма этого закона определяется векторным уравнением.

Fзнак равноQ⋅(v×В){\ Displaystyle \ mathbf {F} = Q \ CDOT (\ mathbf {v} \ раз \ mathbf {B})}

где

• F есть сила , действующая на частицу.
• В это заряд частицы,
• v есть скорость частицы,
• В этом магнитном поле.

Вектор F перпендикулярна как V и B в соответствии с правилу правой руки .

Выработка энергии

Как правило, для крупномасштабной электростанции , чтобы приблизиться к эффективности работы компьютерных моделей , должны быть приняты меры для повышения электропроводности проводящего вещества. Нагрев газа его плазменное состояние или добавление других легко ионизирующиеся веществ , таких как соли щелочных металлов можно осуществить это увеличение. На практике ряд вопросов необходимо учитывать при реализации в МГД — генератора : КПД генератора, экономики и токсичных побочных продуктов. Эти вопросы затрагиваются в выборе одного из трех конструкций МГД — генератора: генератор Фарадея, генератора Холла и генератора диска.

генератор Фарадея

Генератор Фарадея назван в честь человека , который первый искал эффект в реке Темзы (см истории ). Простой генератор Фарадея будет состоять из клиновидной трубы или трубок некоторого не- проводящего материала. Когда электропроводящая жидкость протекает через трубку, в присутствии значительного перпендикулярного магнитного поля, напряжение , индуцированное в поле, которое может быть отводимой в качестве электрической энергии путем размещения электродов по бокам под углом 90 градусов к магнитному поле.

Существуют ограничения на плотность и тип поля, используемого. Количество энергии, которое может быть извлечено пропорциональна площади поперечного сечения трубы и скорости потока проводящей. Проводящая вещество также охлаждается и замедляется в результате этого процесса. МГД-генераторы обычно снижают температуру проводящего вещества из плазмы температур до чуть более 1000 ° C.

Основная проблема практического генератора Фарадея , что дифференциальные напряжения и тока в жидкости короткого через электроды на сторонах канала. Самый мощный отходы от эффекта Холла тока. Это делает Фарадей воздуховод очень неэффективно. Большинство дальнейших уточнений МГД — генераторов попытались решить эту проблему. Оптимальное магнитное поле на воздуховодах-образную форму МГД — генераторов является своего рода седловой формы. Чтобы получить это поле, большой генератор требует чрезвычайно мощный магнит. Многие исследовательские группы пытались приспособить сверхпроводящие магниты для этой цели, с переменным успехом.

генератор Холла

Наиболее распространенным решением является использование эффекта Холла , чтобы создать ток , который течет жидкость. Нормальная схема заключается в размещении массивов коротких, вертикальных электродов на сторонах канала. Первые и последние электроды в мощности канала нагрузка. Каждый другой электрод закорочен на электрод на противоположной стороне воздуховода. Эти шорты тока Фарадея вызывают сильное магнитное поле внутри жидкости, но в хорде окружности под прямым углом к току Фарадея. Это вторичное, индуцированное поле делает текущий поток в форме радуги между первыми и последними электродами.

Потери меньше, чем генератор Фарадея, и напряжение выше, потому что меньше укорочение окончательного индуцированного тока. Тем не менее, эта конструкция имеет проблемы, так как скорость потока материала требует, чтобы средние электроды, которые будут компенсированы «поймать» токи Фарадея. Поскольку нагрузка изменяется, скорость потока текучей среды изменяется, дезориентация тока Фарадея с его электродами, предназначенными, и делая эффективность работы генератора очень чувствительна к его нагрузке.

генератор Дисковая

Схема генератора диска МГД, показывающий текущие потоки

Третий и, в настоящее время, наиболее эффективная конструкция является генератором эффекта Холла диска. Этот проект в настоящее время хранит данные плотности эффективности и энергии для генерации МГД. Генератор диска имеет протекающую между центром диска, и каналом , обернутым вокруг края жидкости. Поле магнитного возбуждения производится с помощью пары круговых катушек Гельмгольца выше и ниже диска. Тока Фарадея поток в идеальном мертвый коротких вокруг периферии диска. Эффект Холл тока текут между кольцевыми электродами вблизи центр и кольцевых электродов вблизи периферии.

Еще одним важным преимуществом такой конструкции является то, что магнит является более эффективным. Во-первых, она имеет простые параллельные линии поля. Во-вторых, так как жидкость обрабатывается в диске, магнит может быть ближе к жидкости, а сильные магнитные поля увеличивают как 3-й степени расстояния. Наконец, генератор компактен для своей мощности, так что магнит также меньше. В результате чего магнит использует намного меньший процент генерируемой мощности.

КПД генератора

Эффективность прямого преобразования энергии в МГД увеличивается выработки электроэнергии с напряженностью магнитного поля и проводимости плазмы , которая непосредственно зависит от температуры плазмы , а точнее от температуры электронов. В очень горячей плазмы могут быть использованы только в импульсных МГД — генераторов (например , с использованием ударных трубок ) из — за быстрой эрозии материала термического, предполагалось использовать нетепловых плазм в качестве рабочих жидкостей в стационарных МГД — генераторов, где только свободные электроны нагреваются много (10000-20000 кельвинов ) в то время как основной газ (нейтральные атомы и ионы) остается на гораздо более низкой температуре, обычно 2500 градусов Кельвина. Цель состояла в том, чтобы сохранить материалы генератора (стен и электроды) при одновременном повышении ограниченной проводимости таких плохих проводников до такого же уровня , как плазмы в термодинамическом равновесии , т.е. полностью нагретые до более чем 10000 градусов, температура , что никакого материала может стоять.

Но Евгений Велихов впервые обнаружен теоретически в 1962 году и экспериментально в 1963 году , что ионизационная неустойчивость, в дальнейшем называемой неустойчивости или Велихов электротермический неустойчивость , быстро возникает в любом МГД — преобразователя с использованием намагниченных нетепловые плазмы с горячими электронами, когда критический параметр Холла достигается, следовательно , в зависимости на степень ионизации и магнитного поля. Такая неустойчивость значительно ухудшает производительность неравновесных МГД — генераторов. Перспективы об этой технологии, которая изначально предсказанных удивительной эффективности, увечная MHD программ во всем мире , как не решения для снижения нестабильности была обнаружена в то время.

Следовательно, без реализации решений освоить электротермическую нестабильность, практические МГД-генераторы пришлись ограничить параметр Холла или использовать умеренно нагретую термическую плазму вместо холодной плазмы с горячими электронами, которые сильно понижают эффективность.

В 1994 году рекорд КПД 22% для замкнутого цикла диска МГД — генераторов был проведен технический институт Токио. Экстракции пики энтальпии в этих опытах составили 30,2%. Типичный открытый цикл Холл и протоки угля МГД — генераторы ниже, около 17%. Эти эффективности делают непривлекательным МГД, сам по себе, для выработки электроэнергии от сети, так как обычный Ренкин цикла электростанция легко достигать 40%.

Однако выхлопные газы из МГД — генератора сжигания ископаемого топлива почти так же жарко , как пламя обычного парового котла. Направляя свои выхлопные газы в котел , чтобы сделать пар, МГД и паровой цикл Ренкина могут преобразовать ископаемое топливо в электричество с расчетной эффективностью до 60 процентов, по сравнению с 40 процентов типичной угольной электростанции.

Магнитогидродинамический генератор также может быть первым этапом газового охлаждения ядерного реактора .

экономика

МГД — генераторы не были использованы для крупномасштабного преобразования энергии масс , потому что другие методы с сопоставимой эффективностью , имеют более низкий жизненный цикл инвестиционных затрат. Прогресс в области газовых турбин природных достигнут аналогичный тепловой КПД при более низких затратах, при наличии выхлопных газов турбины приводного Ренкин цикла паровой установку. Для того, чтобы получить больше электроэнергии из угля, дешевле просто добавить больше низкотемпературного пар генерирующей мощности.

Угольный топливе МГД — генератор представляет собой тип Брайтона энергетического цикла , аналогичный циклу мощности турбины внутреннего сгорания. Однако, в отличие от турбины внутреннего сгорания, нет движущихся механических частей; электропроводящие плазмы обеспечивают двигающийся электрический проводник. Боковые стенки и электроды просто выдерживать давление внутри, в то время как анод и катод проводники собирают электричество , которое генерируется. Все циклы Брайтона тепловые двигатели. Идеально Брайтон циклы также имеют идеальную эффективность , совпадающую идеальный цикл Карна эффективность. Таким образом, потенциал для высокой эффективности энергии из МГД — генератора. Все циклы Брайтона имеют более высокий потенциал для повышения эффективности, чем выше температура обжига. В то время как турбина внутреннего сгорания ограничена в максимальной температуре от силы его воздух / воды или пара охлаждения вращающихся лопаток; нет вращающихся частей в МГД — генераторе открытого цикла. Эта верхняя граница температуры ограничивает эффективность использования энергии в турбинах внутреннего сгорания. Верхний предел температуры цикла Брайтона для МГД — генератора не ограничено, так что по своей сути МГД — генератор имеет более высокую потенциальную способность к эффективному использованию энергии.

Температуры , при которых линейные угольных МГД — генераторы могут работать ограничены такими факторами , которые включают в себя: (а) топливо сгорания, температура окислителя, и окислителя предварительного нагрева , которые ограничивают максимальную температуру цикла; (б) способность защищать боковые стенки и электроды от плавления; (с) возможность защиты электродов от электрохимической атаки от горячего шлака , покрывающего стенки в сочетании с высоким током или дугами , которые попадают на электродах , как они уносят постоянный ток из плазмы; и (г) по способности электрических изоляторов между каждым электродом. Угольный МГД — установка с кислородом / воздухом и высокий окислитель подогревает, вероятно , обеспечивает калий высевает плазму около 4200 ° С . Ж, 10 атмосфер давление, и начинает экспансию Маха 1.2. Эти растения будут восстанавливаться МГДОМ отходящего тепла для окислителя предварительного нагрева, а также для комбинированной цикла генерации пары. При агрессивных предположениях один DOE финансируемой ТЭО , где технология может пойти, 1000 Мвт Advanced пылеугольного MHD / Паровая Binary Cycle Power Plant Концептуальный дизайн , опубликованный в июне 1989 года, показал , что большой угольная MHD комбинированного цикла завод мог достичь энергетической эффективности HHV приближающейся 60 процентов, а в избытке других угольных технологий, так что потенциал для низких эксплуатационных расходов существует.

Однако, не испытывая при таких агрессивных условиях или размера до сих пор не произошло, и нет больших МГД-генераторов в настоящее время в стадии тестирования. Существует просто неадекватная запись надежность дорожки, чтобы обеспечить уверенность в коммерческом угольном топливе МГД конструкции.

U25B МГД испытание в России с использованием природного газа в качестве топлива используется сверхпроводящий магнит, и имел выход 1,4 мегаватт. Угольная МГД — генератор серия испытаний , финансируемого Министерство энергетики США (DOE) в 1992 году произведена MHD мощности от большего сверхпроводящего магнита при разработке компонентов и интеграции фонда (CDIF) в Бьете , Монтану . Ни один из этих тестов не было проведено для давно достаточно длительностей проверить коммерческую долговечность технологии. Ни один из испытательных центров были в большом-достаточно масштабе для коммерческой единицы.

Сверхпроводящие магниты используются в крупных МГД — генераторов , чтобы устранить один из больших паразитных потерь: мощность , необходимую для питания электромагнита. Сверхпроводящие магниты, как только заряженные, не потребляют энергию, и может развивать интенсивные магнитные поля 4 Тл и выше. Только паразитарные нагрузки для магнитов для поддержания охлаждения, и составляют малые потери для несверхкритических соединений.

Из — за высокие температурами, непроводящая стенка канала должна быть построена из чрезвычайно термостойкого вещества , такие как иттрий оксид или цирконий диоксид , чтобы замедлить окисление. Аналогичным образом , электроды должны быть как проводящие и термостойким при высоких температурах. AVCO угольного МГД — генератор на CDIF был испытан с водяным охлаждением медных электродами блокированных с платиной, вольфрамом, нержавеющей сталью, и электрический проводящей керамикой.

Токсичные побочные продукты

МГД уменьшает общее производство опасных отходов ископаемого топлива, поскольку это повышает эффективность установки. В МГДЕ-угле, запатентованный промышленный процесс «Econoseed», разработанный в США (см ниже) перерабатывает ионизацию семена калия из летучей золы, захваченного стек газового скруббера. Тем не менее, данное оборудование является дополнительным расходом. Если расплавленный металл якорь жидкость МГД-генератора, следует соблюдать осторожность с охлаждающей жидкостью из электромагнетизма и канала. Щелочные металлы, обычно используемые в качестве МГД жидкостей бурно реагируют с водой. Кроме того, химические побочные продукты, нагретых электрифицированных щелочных металлов и керамики каналов может быть ядовитым и экологически стойкими.

история

Первые практические исследования МГД власти были профинансировано в 1938 году в США Westinghouse в его Питтсбурге, штат Пенсильвания лаборатории во главе с венгерским Белом Карловицами . Первоначальный патент на MHD является Б. Karlovitz, патент США № 2,210,918, «Способ преобразования энергии», 13 августа 1940 года.

Вторая мировая война прервала развитие. В 1962 году Первая Международная конференция по МГД власти была проведена в Ньюкасл — апон — Тайн, Великобритания Д — р Брайан К. Линдли Международного исследований и развития компании ООО Группа создана руководящий комитет для создания дальнейших конференций и распространения идей. В 1964 году группа создала вторую конференцию в Париже, Франция, в консультации с Европейским агентством по атомной энергии .

Поскольку членство в ЭНЕА было ограничено, группа убедила Международное агентство по атомной энергии спонсором третьей конференции, в Зальцбурге, Австрия, июль 1966 г. Переговоры на этой встрече превратило руководящий комитет в периодической отчетности группы, в ILG-MHD (международный контактная группа, MHD), под ЭНЕА, а затем в 1967 году, а также в рамках Международного агентства по атомной энергии. Дальнейшие исследования в 1960 — х годах Р. Роза установил практичности МГД для работающих на ископаемом топливе систем.

В 1960-е годы, AVCO Эверетт аэронавигационной Research начал серию экспериментов, заканчивая Mk. В генераторе 1965. Это вызвало 35 МВт, но использовал около 8 МВт для привода его магнита. В 1966 году ILG-MHD провела свое первое официальное заседание в Париже, Франция. Он начал не выдавать периодический доклад о положении дел в 1967 г. Эта тенденция сохранялась в этой институциональной форме, вплоть до 1976 г. К концу 1960-х годов, интерес к MHD отказался, потому что ядерная энергетика становится все более доступным.

В конце 1970 — х годов, как и интерес к атомной энергетике снизился интерес к MHD увеличился. В 1975 году ЮНЕСКО стала уговорил MHD может быть наиболее эффективным способом использовать мировые запасы угля, а в 1976 году спонсировал Ilg-MHD. В 1976 году стало ясно , что ни один ядерный реактор в ближайшие 25 лет не будет использовать MHD, поэтому Международное агентство по атомной энергии и ЭНЕА (оба ядерных агентств) отозвала поддержку со стороны ILG-MHD, в результате чего ЮНЕСКО в качестве основного спонсора ILG- MHD.

Бывшее развитие Югославии

За более чем промежуток десять лет, инженеры в бывшей Югославии институт теплотехники и ядерных технологий (ITEN), Энергоинвест Co., Сараево, был построен первый экспериментальный магнито-гидродинамического генератора мощности объекта в 1989 году был здесь впервые был запатентован ,

развития США

В 1980 году Департамент энергетики США начали активную многолетнюю программу, кульминацией 1992 50 МВт демонстрационной угля камеры сгорания при разработке компонентов и интеграции фонда (CDIF) в Бьют, штат Монтана . Эта программа также имела значительную работу на угольном-In-Flow-Facility (CFIFF) в Университете Теннесси космического института .

Эта программа в сочетании четырех частей:

1. Интегрированный цикл МГД-долива, с канала, электродов и блоков регулирования тока, разработанных Avco, позже известный как Textron обороны Бостона. Эта система была эффект Холла канала генератор нагревается пылевидного угля, с семенем ионизационным калия. AVCO разработал известный Mk. У генератора, и имел значительный опыт.
2. Интегрированный пассив цикл, разработанный в CDIF.
3. Средство для регенерации семени ионизации было разработано TRW. Карбонат калия отделяют от сульфата в летучей золе из скрубберов. Карбонат удаляют, чтобы восстановить калий.
4. Способ интеграции MHD в ранее существовавших угольных электростанций. Департамент энергетики заказал два исследования. Westinghouse Electric провел исследование , основанное на Шольц заводе власти в Персидском заливе в Sneads, штат Флорида . Корпорация развития MHD также подготовила исследование , основанное на JE Корретт завод Монтана энергетической компании Биллингс, штат Монтана .

Первые прототипы на CDIF были оперированы в течение короткого промежутка времени, с различными углями: Монтана Розбад, и с высоким содержанием серы коррозионный угль, штат Иллинойс, № 6. Большие инженерными, химией и наук о материалах был завершен. После того, как были разработаны окончательные компоненты, эксплуатационные испытания завершены с 4000 часов непрерывной работы, 2000 на Монтана Роузбад, 2000 на Иллинойс № 6. Испытание закончилось в 1993 году.

японская разработка

Японская программа в конце 1980-х годов, сосредоточенных на MHD с замкнутым циклом. Считалось, что она будет иметь более высокую эффективность, и меньше оборудования, особенно в чистых, небольших, экономичных мощностей завода около 100 мегаватт (электрических), которые подходят для японских условий. Открытого цикла угля с питанием растений, как правило, полагают, стали экономичны выше 200 мегаватт.

Первая крупная серия экспериментов была FUJI-1, удар вниз система запитывается от ударной трубки в Токийском технологическом институте . Эти эксперименты экстрагировали до 30,2% от энтальпии, и достигли плотность мощности около 100 мегаватт на кубический метр. Этот объект был профинансирован Tokyo Electric Power, другими японскими коммунальными услугами, а также Департаментом образования. Некоторые власти полагают , эта система была генератором диска с гелием и аргон — носитель газа и калием ионизацией семенами.

В 1994 году были проведены детальные планы FUJI-2, 5 МВт (электрическая) непрерывный с замкнутым циклом объекта А, работающих на природном газе, который будет построен с использованием опыта FUJI-1. Базовая конструкция МГД должна была быть система с использованием инертных газов, генератор диска. Целью было энтальпия извлечение 30% и тепловой КПД МГД 60%. ФУДЗИ-2 был следовать модернизации на завод природного газа в 300 МВт.

Австралийское развитие

В 1986 годе профессор Хуго Карл Мессерло в Университете Сиднея исследовало угольную MHD. Это привело к доливу установки 28 МВт, который был оперирован за пределами Сиднея. Мессерло также написало одну из самых последних справочных работ (см ниже), в рамках программы ЮНЕСКО по образованию.

Подробный некролог для Hugo находится на австралийской Академии технологических наук и сайт Engineering (ATSE).

Итальянское развитие

Итальянская программа началась в 1989 году с бюджетом около 20 миллионов долларов США, а также три основных направления развития:

1. МГД моделирования.
2. Сверхпроводящие развитие магнита. Целью в 1994 году был прототип длиной 2 м, хранение 66 МДж , для демонстрации МГД длиной 8 м. Поле должно было быть 5 тесла , с конусностью 0,15 т / м. Геометрия была походить на седло форму с цилиндрической и прямоугольной формы обмоток ниобий-титана меди.
3. Переоборудование на газ. Природные энергетические установки Один должен был быть фактором Enichem-ANIC в Равенне. В этой установке, дымовые газы из МГД будет проходить в котел. Другой был 230 МВт (тепловых) установки для электростанции в Бриндизи, которая будет проходить пар в основной электростанции.

китайское развитие

Совместная американо-китайская национальная программа завершилась в 1992 годе переоснащения угольной № 3 завода в Asbach. Еще одиннадцать лет программа была утверждена в марте 1994 г. Это создало центры исследований в области:

1. Институт электротехники в очень iseful Китайской академии наук в Пекине, касается конструкции МГД — генератора.
2. Научно — исследовательский институт Шанхая питания , связанный с общей системой и исследованием сверхпроводящих магнитов.
3. Научно — исследовательский инженерный институт Thermoenergy в Нанкине в Юго — восточного университете , связанный с последующими событиями.

Исследование +1994 предложил 10 МВт (электрический, 108 МВт тепловой) генератор с МГД и нижнего цикла растений, соединенных трубопроводами пара, так что либо может работать независимо друг от друга.

Российские разработки

В 1971 году природный газ выпустили U-25 завод был завершен под Москвой, с проектной мощностью 25 МВт. К 1974 году она поставила 6 мегаватт электроэнергии. К 1994 году была разработана в России и работает угольное управлением объектом U-25, в Институте высоких температур в Российской академии наук в Москве. Основывая завод U-25 был на самом деле работают по контракту с Московской полезностью и сытой мощностью в сеть Москвы. Был существенный интерес в России в разработке генератора диска угля питания.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Sutton, George W .; Шерман, Артур (июль 2006). Инженерная Магнитная гидродинамика . Dover гражданской и машиностроение. Dover Publications. ISBN  978-0486450322 .
• Hugo K. Мессерло Магнитогидродинамического Power Generation , 1994, John Wiley, Чичестер, часть инженерной серии ЮНЕСКО энергии (Это является источником исторической и генератора информации о конструкции).
• Сиода, S. «Результаты технико-экономических обоснований по замкнутому циклу МГДЭС», Proc. Plasma Tech. Conf., 1991, Сидней, Австралия, стр. 189-200.
• RJ Rosa, Магнитогидродинамическое Energy Conversion , 1987, Hemisphere Publishing, Вашингтон, округ Колумбия
• GJ Womac, MHD Power Generation , 1969, Chapman и Hall, Лондон.

внешняя ссылка

устройство, принцип работы и назначение

Далеко не все альтернативные источники энергии на планете Земля до сих пор были изучены и успешно применены. Тем не менее человечество активно развивается в данном направлении и находит все новые варианты. Одним из них стало получение энергии из электролита, который находится в магнитном поле.

Заложенный эффект и происхождение названия

Первые труды на этом поприще приписываются еще Фарадею, работавшему в лабораторных условиях еще в 1832 году. Он исследовал так называемый магнитогидродинамический эффект, а точнее, искал электромагнитную движущую силу и пытался ее успешно применить. В качестве источника энергии использовалось течение реки Темза. Вместе с названием эффекта свое наименования получила и установка — магнитогидродинамический генератор.

В данном МГД-устройстве происходит прямое преобразование одного вида энергии в другой, а именно механической в электрическую. Особенности такого процесса и описание принципа его действия в целом подробно описываются в магнитной гидродинамике. В честь данной дисциплины и был назван сам генератор.

Описание действия эффекта

В первую очередь следует понять то, что происходит во время функционирования устройства. Только так можно осознать принцип работы магнитогидродинамического генератора в действии. Эффект построен на возникновении электрического поля и, конечно же, электрического тока в электролите. Последний представляется различными средами, к примеру, жидким металлом, плазмой (газом) или водой. Из этого можно заключить, что в основе принципа действия лежит электромагнитная индукция, использующая магнитное поле для выработки электричества.

Получается так, что проводник должен пересекаться с силовыми линиями поля. Это является, в свою очередь, обязательным условием для того, чтобы потоки ионов с противоположными относительно движущихся частиц зарядами начали возникать внутри устройства. Также важно отметить поведение силовых линий. Построенное из них магнитное поле движется внутри самого проводника в противоположную сторону от той, где находятся заряды ионов.

Определение и история МГД-генератора

Установка представляет из себя устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую. В ней полностью применяется вышеописанный эффект. При этом магнитогидродинамические генераторы в свое время считались достаточно новаторской и прорывной идеей, построение первых образцов которых занимало умы ведущих ученых двадцатого века. Вскоре финансирование таких проектов исчерпало себя по не совсем понятным причинам. Уже были возведены первые экспериментальные установки, однако на их использовании был поставлен крест.

Самые первые конструкции магнитодинамических генераторов описывались еще в 1907-910 годах, тем не менее они не могли быть созданы в силу ряда противоречащих физических и архитектурных особенностей. В качестве примера можно привести то, что еще не были созданы материалы, которые могли бы нормально функционировать при рабочих температурах в 2500-3000 градусов по Цельсию в газовой среде. Российская модель должна была появиться в специально построенном МГДЭС в городе Новомичуринске, который расположен в Рязанской области в непосредственной близости от ГРЭС. Проект был свернут в начале 1990-х годов.

Как работает устройство

Конструкция и принцип действия магнитогидродинамических генераторов по большей части повторяют таковые у обыкновенных машинных вариантов. В основе находится эффект электромагнитной индукции, а значит, возникает ток в проводнике. Это происходит за счет того, что последний пересекает силовые линии магнитного поля внутри устройства. Однако существует и одно отличие между машинными и МГД-генераторами. Оно заключается в том, что для магнитогидродинамических вариантов в качестве проводника используется непосредственно само рабочее тело.

В основе действия также находятся заряженные частицы, на которые действует сила Лоренца. Движение рабочего тела происходит поперек магнитного поля. Благодаря этому возникают потоки носителей зарядов с ровно противоположными направлениями. На этапе становления в МГД-генераторах применялись преимущественно электропроводные жидкости или электролиты. Именно они и являлись тем самым рабочим телом. Современные вариации перешли на плазму. Носителя зарядов для новых машин стали положительные ионы и свободные электроны.

Конструкция МГД-генераторов

Первый узел устройства называется каналом, по которому движется рабочее тело. В настоящее время в магнитогидродинамических генераторах в качестве основной среды применяется по большей части плазма. Следующий узел представляет из себя систему магнитов, которые отвечают за создание магнитного поля и электродов для отведения той энергии, которая будет получена в ходе рабочего процесса. При этом источники могут быть различными. В системе можно применять как электромагниты, так и постоянные магниты.

Далее газ проводит электрический ток и нагревается до температуры термической ионизации, которая составляет приблизительно 10 тысяч Кельвинов. После данный показатель непременно нужно снизить. Планка температуры падает до 2,2-2,7 тысячи Кельвинов за счет того, что в рабочую среду добавляются специальные присадки со щелочными металлами. В ином случае плазма не является в достаточной степени эффективной, потому как величина ее электропроводности становится значительно меньшей, чем у той же воды.

Типичный цикл работы устройства

Другие узлы, составляющие конструкцию магнитогидродинамического генератора, лучше всего перечислить вместе с описанием функциональных процессов в той последовательности, в которой они происходят.

1. Камера сгорания принимает загружаемое в нее топливо. Также добавляются окислители и различные присадки.
2. Топливо начинает гореть, что позволяет образоваться газу в качестве продукта сгорания.
3. Далее задействуется сопло генератора. Через него газы проходят, после чего они расширяются, а их скорость возрастает до скорости звука.
4. Действие доходит до камеры, пропускающей через себя магнитное поле. На ее стенках находятся специальные электроды. Именно сюда поступают газы на данном этапе цикла.
5. Затем рабочее тело под влиянием заряженных частиц отклоняется от своей первичной траектории. Новое направление находится в точности там, где располагаются электроды.
6. Завершающий этап. Происходит образование электрического тока между электродами. На это цикл заканчивается.

Основные классификации

Существует множество вариантов исполнения готового устройства, однако принцип работы будет фактически одинаковым в любом из них. К примеру, возможен запуск магнитогидродинамического генератора на твердом топливе вроде продуктов сгорания ископаемых. Также в качестве источника энергии применяются пары щелочных металлов и их двухфазные смеси с жидкими металлами. По продолжительности работы МГД-генераторы делятся на длительные и кратковременные, а последние — на импульсные и взрывные. Из источников тепла можно назвать ядерные реакторы, теплообменные устройства и реактивные двигатели.

Кроме того, есть также классификация по типу рабочего цикла. Здесь подразделение происходит лишь на два основных типа. Генераторы с открытым циклом имеют рабочее тело, смешанное с присадками. Продукты сгорания идут через рабочую камеру, где они в процессе очищаются от примесей и выбрасываются в атмосферу. В замкнутом цикле рабочее тело попадает в теплообменник и лишь после этого поступает в камеру генератора. Далее продукты сгорания ждет компрессор, который и заканчивает цикл. После этого рабочее тело возвращается на первый этап в теплообменник.

Главные характеристики

Если вопрос о том, что вырабатывает магнитогидродинамический генератор можно считать в полной мере освещенным, то следует представить основные технические параметры подобных устройств. Первым из них по значимости, вероятно, идет мощность. Она пропорциональна проводимости рабочего тела, а также квадратам напряженности магнитного поля и его скорости. Если рабочее тело представляет из себя плазму с температурой около 2-3 тысяч Кельвинов, то проводимость пропорциональна ей в 11-13 степени и обратно пропорциональна квадратному корню из давления.

Также следует привести данные о скорости потока и индукции магнитного поля. Первая из этих характеристик варьируется в довольно больших пределах, начиная от дозвуковых скоростей и заканчивая гиперзвуковыми вплоть до 1900 метров в секунду. Что же касается индукции магнитного поля, то она зависит от конструкции магнитов. Если они сделаны из стали, то верхняя планка установится на отметке в 2 Тл. Для системы, которая состоит из сверхпроводящих магнитов, это значение вырастает до 6-8 Тл.

Применение МГД-генераторов

Широкого использования таких устройств сегодня наблюдать не приходится. Тем не менее теоретически существует возможность строить электростанции с магнитогидродинамическими генераторами. Всего есть три допустимых вариации:

1. Термоядерные электростанции. В них применяется безнейтронный цикл с МГД-генератором. В качестве топлива принято использовать плазму на высоких температурах.
2. Тепловые электростанции. Используется открытый тип цикла, а сами установки по конструктивным особенностям являются достаточно простыми. Именно этот вариант все еще имеет перспективы к развитию.
3. Атомные электростанции. Рабочее тело в данном случае — инертный газ. Он нагревается в ядерном реакторе по закрытому циклу. Также имеет перспективы к развитию. Однако возможность применения зависит от появления ядерных реакторов с температурой рабочего тела выше 2 тысяч Кельвинов.

Перспективность устройств

Актуальность магнитогидродинамических генераторов зависит от целого ряда факторов и нерешенных до сих пор проблем. В качестве примера можно привести способность таких устройств к выработке только постоянного тока, а значит для их обслуживания необходимо конструировать достаточно мощные и притом экономичные инверторы.

Другой видимой проблемой является отсутствие необходимых материалов, которые могли бы проработать достаточно длительное время в условиях разогрева топлива до запредельных температур. То же самое касается и электродов, применяемых в таких генераторах.

Другие варианты применения

Помимо функционирования в основе электростанций, данные устройства способны работать в специальных энергетических установках, что было бы весьма полезно для атомной энергетики. Применение магнитогидродинамического генератора допускается и в гиперзвуковых авиационных системах, однако каких-либо продвижений в данной области пока что наблюдать не приходится.

Модель МГД генератора — Мир науки,техники,медицины и образования © первая научно-техническая коммерческая социальная сеть

 

Напомним вкратце назначение и принцип действия магнитогидродинамического или МГД-генератора. Это энергетическая установка, в которой тепловая энергия рабочего тела (электролита, жидкого металла или плазмы) преобразуется непосредственно в электрическую.

Для создания магнитного поля в модели используются десять школьных подковообразных магнитов, сложенных одноименными полюсами вплотную друг к другу. В средней части магниты скреплены двумя алюминиевыми пластинками. Пластинки соединены в трех местах (по краям и посередине) болтами и гайками. Ширина пластин 5 см, толщина 1—2 мм. Концы пластин загнуты под прямым углом — так будет удобнее закрепить их в лапках школьных лабораторных штативов.

В качестве электродов используются две медные пластины длиной примерно 30 см, шириной 2 см и толщиной 2 мм. Верхние концы этих пластин также загнуты под прямым углом и закреплены в лапках штативов. К клеммам, установленным на электродах, подсоединен школьный демонстрационный гальванометр.

 

 

Источником плазмы служит обычная газовая горелка или бензиновая горелка Бартеля, дающая вертикальное пламя.
При подготовке к демонстрации установите электроды в промежутке между полюсами магнитов на расстоянии 1—2 мм друг от друга — так, чтобы силовые линии магнитного поля были параллельны плоскостям электродов. Горелку разогрейте до получения высокотемпературного пламени и подставьте под воздушный промежуток между электродами. Стрелка прибора начнет медленно отклоняться от нулевого положения, регистрируя силу тока приблизительно 0,15 мА. Эффект будет тем сильнее, чем сильнее магнитное поле.

Как объяснить в этом случае возникновение ЭДС? Дело в том,что пламя горелки представляет собойнизкотемпературную плазму, состоящую из положительных и отрицательных ионов воздуха и продуктов сгорания газа (или бензина). Ионы двигаются вертикально вверх, перпендикулярно силовым линиям. В магнитном поле на каждый ион действует сила Лоренца, отклоняющая ион к электроду. Направление действия силы можно определить по правилу левой руки. В результате положительные ионы оседают на одном электроде (он становится катодом), а отрицательные на другом (аноде). Поскольку электроды приобретают разноименный заряд, между ними возникает ЭДС.

Можно варьировать не только величину магнитного поля. Введение в плазму различных солевых или щелочных добавок также способно значительно увеличить ЭДС. А может быть, у вас возникнут свои собственные оригинальные идеи в связи с этой моделью.

Магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор) — это будущее большой энергетики. На электростанциях завтрашнего дня он заменит теперешние котлы и турбогенераторы. Такой генератор преобразует энергию горячею ионизированного газа или плазмы в электрическую энергию.

Модель МГД-генератора изображена на рис. 1(ниже), точнее, это не генератор, а ускоритель, так как мы будем не получать энергию, а поставлять. Плазму заменит электролит щелочного аккумулятора. Электромагнит обычный — с напряженностью поля в щели 10… 20 000 Э.

Если нет подходящего, то можно применить трансформатор со щелью в среднем стержне сердечника 1. Чем меньше щель, больше число витков катушки и ток, тем лучше. В щели размещается канал 2 для «плазмы», сделанный из пластин оргстекла с электродами 3 из любого

металла. К этим внутренним электродам 3 аккуратно подводим провода питания («+» и «—»).

Рис. 1. Модель МГД-генератора.

Устройство питается от сети через выпрямитель 4 с регулятором. Оно может служить в качестве насоса для электролитов,, фонтаном для жидкостей, проводящих ток, и т. п. Но главное, модель позволяет практически уяснить принцип работы МГД-генераторов.

 

 

Познавательно

Оказывается, для выработок электроэнергии совсем не обязательны электромашины. И, как почти всегда в электротехнике, все начиналось с Фарадея…

В один из дней 1832 г. лондонцы, оказавшиеся на мосту Ватерлоо, были заинтересованы необычным зрелищем. Группа людей, среди которых можно было увидеть знаменитого физика Фарадея, занималась тем, что погружала в воду Темзы два медных листа, подключенных проводами к гальванометру.

Прибор стоял на столике посреди моста, а возле него находился сам ученый, отдававший распоряжения своим помощникам. Фарадей считал, что если воды реки, текущей с запада на восток, пересекают, хотя бы частично, магнитное поле Земли, то они подобны проводникам, пересекающим магнитное поле магнита.

А в этом случае, как доказал сам Фарадей, в проводнике возникает электрический ток. Медные листы, между которыми, как между металлическими берегами, текла вода Темзы, должны были соединить эти водяные проводники с гальванометром, и передать на него возникающий ток.

Однако, увы, опыт не удался. Тем не менее 1832 г., когда Фарадей задумал и обосновал этот опыт, с полным основанием можно считать годом рождения магнитогидродинамического генератора. Название этого генератора состоит из трех слов – магнит, гидро (вода) и динамика (движение) – и означает получение электричества при движении воды в магнитном поле.

Почему же не удался опыт Фарадея? Прежде всего потому, что вода Темзы оказалась не таким уж хорошим проводником электричества. Были, конечно, и другие причины – очень уж мала напряженность магнитного поля Земли.

Но до практического использования магнитогидродинамических (сокращенно – МГД) генераторов было еще далеко.

Правда, в 1907—1910 гг. были выданы первые патенты на использование МГД-генерирования электричества с применением ионизированного газа вместо жидкости. Это большой шаг вперед, ведь ионизированный газ, обычно нагретый до температуры 2 500 – 3 000 °С – широко распространенные продукты сгорания многих топлив. Стало быть, появлялась надежда непосредственного преобразования теплоты сгорания топлива в электричество, без сложных машин со многими движущимися частями. Но дальше патентов дело не пошло – ученые не вполне представляли себе происходящие процессы, да и материалов, способных работать в газовой среде при температуре 2 500 – 3 000 °С, тогда не было.

Но вот в 1944 г. шведский ученый Ганнес Альвен, изучая поведение космической, заполняющей межзвездное пространство плазмы в магнитном поле, вывел основные законы новой науки – магнитной гидродинамики. И космическая наука тотчас же была освоена на Земле и использована для создания работоспособных МГД генераторов.

С первого взгляда эти генераторы устроены достаточно просто. В камере сгорания сжигается топливо, и в сопле, похожем на ракетное, продукты сгорания (газы), расширяясь, увеличивают свою скорость до сверхзвуковой. Это сопло находится между полюсами сильного электромагнита, а внутри сопла, на пути раскаленных газов, установлены электроды (рис. 1).

Рис. 1. Схема МГД генератора: а – общий вид; б – вид по стрелке А

 

Магнитное поле «сортирует» отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы газа, направляя их по разным траекториям. Эти потоки заряженных частиц вызывают появление электрических зарядов на соответствующих электродах, а если их соединить, то и электрический ток.

Действительно, в МГД генераторе нет движущихся частей, если, конечно, сам газ не считать частью машины. Но узких мест тоже немало.

Прежде всего газ, нагретый даже до 2 500 °С – это еще низкотемпературная плазма. Он полностью ионизируется при температурах примерно вчетверо больших. Эта плазма проводит ток в миллиарды раз хуже, чем медь, и даже хуже, чем вода в Ла-Манше. Но эта трудность оказалась преодолимой с помощью присадок из щелочных металлов, прежде всего калия. В раскаленный газ вносят немного, около 1 % калия в виде его дешевого соединения – поташа, и в десятки тысяч раз увеличивают электропроводность плазмы.

Далее. Ведь стенки сопла, а главное, электрода, должны длительно работать при 2 500 – 3 000 °С, а электроды, кроме того, еще и хорошо проводить электрический ток. Материалов, способных длительно противостоять таким температурам, да еще в присутствии агрессивных паров калия, пока не создано.

Чем же так привлекательны МГД генераторы, если при их создании идут на заведомые трудности? Оказывается, высоким коэффициентом полезного действия. Повышение КПД тепловых электростанций хотя бы на 1 % – это целое событие. Для более экономичной работы тепловых машин нужно в первую очередь повышать температуру рабочего тела: в современных тепловых электростанциях им является пар. Но она и так уже велика – около 700 °С, и каждый лишний градус дается отчаянным трудом. Еще бы – лопатки и диски паровых турбин, готовых разорваться от собственного вращения, нагревают до 700 °С. От этого их прочность отнюдь не увеличивается. А создание еще более жаропрочных материалов очень и очень сложно. Поэтому максимальный КПД тепловых электростанций сейчас всего 45—47 %. Повышение же температуры рабочего тела (газа) до 2 500 – 3 000 °С обеспечит рост КПД не менее чем на 20 %. Это революция в энергетике! Есть за что бороться, ради чего создавать жаростойкие материалы для стенок сопла и электродов!

Н. Гулиа, Удивительная физика

Читайте также:
Модель МГД-генератора
МГД-генератор своими руками

 

мгд-генератор — со всех языков на все языки

• 1 МГД-генератор

  Большой русско-немецкий полетехнический словарь > МГД-генератор

• 2 МГД-генератор

  Русско-немецкий словарь по энергетике > МГД-генератор

• 3 МГД-генератор

  МГД-генера́тор м. [магнитогидродинами́ческий генера́тор]
  MHD-generator

  МГД-генера́тор рабо́тает по, напр. за́мкнутому или откры́тому ци́клу — an MHD-generator operates on, e. g., a closed-cycle or open-cycle system

  МГД-генера́тор за́мкнутого ци́кла — closed-cycle MHD-generator

  МГД-генера́тор откры́того ци́кла — open-cycle MHD-generator

  * * *

  Русско-английский политехнический словарь > МГД-генератор

• 4 МГД-генератор

  Русско-английский физический словарь > МГД-генератор

• 5 МГД-генератор

  Русско-английский большой базовый словарь > МГД-генератор

• 6 МГД-генератор

  1. MHD unit

   

  МГД-генератор
  —
  [А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

  Тематики

  EN

  Русско-английский словарь нормативно-технической терминологии > МГД-генератор

• 7 МГД-генератор

  Универсальный русско-английский словарь > МГД-генератор

• 8 МГД-генератор

  см. генератор магнито-гидродинамический.

  Русско-греческий словарь научных и технических терминов > МГД-генератор

• 9 МГД-генератор

  магнитогидродинамический генератор

  Dictionnaire technique russo-italien > МГД-генератор

• 10 МГД-генератор

  Большой англо-русский и русско-английский словарь > МГД-генератор

• 11 мгд-генератор

  Большой англо-русский и русско-английский словарь > мгд-генератор

• 12 мгд-генератор

  Русско-английский технический словарь > мгд-генератор

• 13 МГД-генератор

  Русско-английский словарь по машиностроению > МГД-генератор

• 14 МГД-генератор

  abbr

  1) Av. MFD-Generator, MHD-Triebwerk, MHD-Triebwerksanlage, Magnetohydrodynamikgenerator, Plasma-MHD-Antrieb, magnetofluidodynamischer Generator

  2) eng. MHD-Generator magnetohydrodynamischer Generator, MHD-Generator

  4) aerodyn. Generator magnetofluidodynamischer, MHD-System, magnetogasdynamischer Antrieb, magnetohydrodynamischer Energieerzeuger, magnetohydrodynamisches Triebwerk, ÌÍD-Triebwerksanlage, hydromagnetischer Antrieb

  Универсальный русско-немецкий словарь > МГД-генератор

• 15 МГД-генератор

  abbr

  eng. dynamo hydromagnétique, générateur MHD

  Dictionnaire russe-français universel > МГД-генератор

• 16 МГД-генератор

  Russian-german polytechnic dictionary > МГД-генератор

• 17 детонационный МГД-генератор

  MHD-Detonationsgenerator; MHD-Explosionsgenerator

  Русско-немецкий словарь по энергетике > детонационный МГД-генератор

• 18 mhd-generator

  Большой англо-русский и русско-английский словарь > mhd-generator

• 19 mhd-generator

  Англо-русский технический словарь > mhd-generator

• 20 dynamo hydromagnétique

  Dictionnaire polytechnique Français-Russe > dynamo hydromagnétique

См. также в других словарях:

• МГД-генератор — то же, что магнитогидродинамический генератор. * * * МГД ГЕНЕРАТОР МГД ГЕНЕРАТОР, то же, что магнитогидродинамический генератор (см. МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР) …   Энциклопедический словарь

• МГД-ГЕНЕРАТОР — (магнитогидродинамический генератор) энергетическая установка для прямого преобразования тепловой энергии рабочего тела в электрическую. Рабочим телом могут быть газообразные продукты сгорания ископаемых топлив в виде (см.), (см.), жидкие металлы …   Большая политехническая энциклопедия

• МГД-ГЕНЕРАТОР — то же, что магнитогидродинамический генератор …   Большой Энциклопедический словарь

• МГД-ГЕНЕРАТОР — то же, что (см. МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 …   Физическая энциклопедия

• мгд-генератор — сущ., кол во синонимов: 1 • генератор (63) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

• МГД-генератор — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN MHD unit …   Справочник технического переводчика

• МГД-генератор — Магнитогидродинамический генератор, МГД генератор энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию.… …   Википедия

• МГД генератор — Магнитогидродинамический генератор, МГД генератор энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию.… …   Википедия

• МГД-генератор — МГДГ МГД генератор магнитогидродинамический генератор МГДГ Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с …   Словарь сокращений и аббревиатур

• МГД-генератор — МГД генера/тор, МГД генера/тора …   Слитно. Раздельно. Через дефис.

• МГД-генератор — МГД генер атор, а …   Русский орфографический словарь