เครื่องกำเนิดแม่เหล็กไฮโดรไดนามิก: อุปกรณ์ หลักการทำงานและวัตถุประสงค์

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ยังไม่ได้รับการศึกษาและประยุกต์ใช้แหล่งพลังงานทางเลือกทั้งหมดบนโลก อย่างไรก็ตาม มนุษยชาติกำลังพัฒนาอย่างแข็งขันในทิศทางนี้และค้นหาทางเลือกใหม่ หนึ่งในนั้นคือการได้รับพลังงานจากอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็ก

ออกแบบเอฟเฟกต์และที่มาของชื่อ

ผลงานชิ้นแรกในสาขานี้เป็นผลงานของฟาราเดย์ ซึ่งทำงานในห้องปฏิบัติการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2375 เขาตรวจสอบสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์แมกนีโตไฮโดรไดนามิก หรือมากกว่านั้น เขากำลังมองหาแรงขับเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้าและพยายามใช้มันให้สำเร็จ กระแสน้ำของแม่น้ำเทมส์ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงาน นอกจากชื่อของเอฟเฟกต์แล้ว การติดตั้งยังได้รับชื่อของมันอีกด้วย - เครื่องกำเนิดแมกนีโตไฮโดรไดนามิก

อุปกรณ์ MHD นี้แปลงหนึ่งโดยตรงพลังงานรูปแบบอื่นคือพลังงานกลเป็นไฟฟ้า คุณสมบัติของกระบวนการดังกล่าวและคำอธิบายของหลักการทำงานโดยรวมได้อธิบายไว้โดยละเอียดในแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์ ตัวกำเนิดถูกตั้งชื่อตามวินัยนี้

คำอธิบายของเอฟเฟกต์

ก่อนอื่น คุณควรทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ นี่เป็นวิธีเดียวที่จะเข้าใจหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิก ผลกระทบจะขึ้นอยู่กับลักษณะของสนามไฟฟ้าและแน่นอนกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ หลังถูกแสดงโดยสื่อต่างๆ เช่น โลหะเหลว พลาสมา (แก๊ส) หรือน้ำ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าหลักการทำงานอยู่บนพื้นฐานของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งใช้สนามแม่เหล็กเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ปรากฎว่าตัวนำต้องตัดกับเส้นแรงสนาม ในทางกลับกัน นี่เป็นเงื่อนไขบังคับสำหรับการไหลของไอออนที่มีประจุตรงข้ามกับอนุภาคที่เคลื่อนที่ที่จะเริ่มปรากฏภายในอุปกรณ์ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตพฤติกรรมของเส้นฟิลด์ สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจากพวกมันจะเคลื่อนที่ภายในตัวนำไปในทิศทางตรงกันข้ามกับที่มีประจุไอออน

ความหมายและประวัติของเครื่องกำเนิด MHD

การติดตั้งเป็นอุปกรณ์สำหรับแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า ใช้ข้างต้นอย่างเต็มที่ผล. ในเวลาเดียวกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกได้รับการพิจารณาในคราวเดียวว่าเป็นแนวคิดที่สร้างสรรค์และล้ำสมัย การสร้างตัวอย่างแรกซึ่งครอบครองจิตใจของนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของศตวรรษที่ยี่สิบ ในไม่ช้า เงินทุนสำหรับโครงการดังกล่าวจะหมดลงด้วยเหตุผลที่ไม่ชัดเจนทั้งหมด การติดตั้งทดลองครั้งแรกถูกสร้างขึ้นแล้ว แต่การใช้งานได้ถูกยกเลิก

การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตไดนามิกครั้งแรกถูกอธิบายไว้ในปี 1907-910 อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่สามารถสร้างขึ้นได้เนื่องจากลักษณะทางกายภาพและสถาปัตยกรรมที่ขัดแย้งกันหลายประการ ตัวอย่างเช่น เราสามารถอ้างถึงข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุยังไม่ถูกสร้างขึ้นที่สามารถทำงานได้ตามปกติที่อุณหภูมิการทำงาน 2500-3000 องศาเซลเซียสในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ โมเดลรัสเซียควรจะปรากฏใน MGDES ที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษในเมือง Novomichurinsk ซึ่งตั้งอยู่ในภูมิภาค Ryazan ใกล้กับโรงไฟฟ้าของรัฐ โครงการถูกยกเลิกในช่วงต้นปี 1990

อุปกรณ์ทำงานอย่างไร

การออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกโดยส่วนใหญ่จะทำซ้ำกับรุ่นเครื่องจักรทั่วไป พื้นฐานคือผลกระทบของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่ากระแสปรากฏในตัวนำ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเส้นหลังข้ามเส้นสนามแม่เหล็กภายในอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างระหว่างเครื่องกำเนิดและเครื่องกำเนิด MHD มันอยู่ในความจริงที่ว่าสำหรับตัวแปรแมกนีโตไฮโดรไดนามิกเช่นตัวนำถูกใช้โดยตรงโดยหน่วยงานที่ทำงานเอง

การกระทำนั้นขึ้นอยู่กับอนุภาคที่มีประจุซึ่งได้รับผลกระทบจากแรงลอเรนซ์ การเคลื่อนที่ของของไหลทำงานเกิดขึ้นผ่านสนามแม่เหล็ก ด้วยเหตุนี้จึงมีกระแสของตัวพาประจุที่มีทิศทางตรงกันข้ามกัน ในขั้นตอนของการก่อตัว เครื่องกำเนิด MHD ใช้ของเหลวหรืออิเล็กโทรไลต์ที่นำไฟฟ้าเป็นหลัก มันคือพวกเขาที่เป็นร่างกายที่ทำงานหนักมาก รูปแบบที่ทันสมัยได้เปลี่ยนเป็นพลาสมา ตัวพาประจุสำหรับเครื่องใหม่นี้คือไอออนบวกและอิเล็กตรอนอิสระ

การออกแบบเครื่องกำเนิด MHD

โหนดแรกของอุปกรณ์เรียกว่าช่องสัญญาณที่ของไหลทำงานเคลื่อนที่ ในปัจจุบัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส่วนใหญ่ใช้พลาสมาเป็นสื่อหลัก โหนดถัดไปคือระบบแม่เหล็กที่มีหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กและอิเล็กโทรดเพื่อเบี่ยงเบนพลังงานที่จะได้รับระหว่างกระบวนการทำงาน อย่างไรก็ตาม แหล่งที่มาอาจแตกต่างกัน ใช้ได้ทั้งแม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็กถาวรในระบบ

ถัดไป แก๊สนำไฟฟ้าและทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิไอออไนเซชันจากความร้อน ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 10,000 เคลวิน หลังจากตัวบ่งชี้นี้จะต้องลดลง แถบอุณหภูมิลดลงเหลือ 2, 2-2, 7,000 เคลวิน เนื่องจากมีการเติมสารเติมแต่งพิเศษที่มีโลหะอัลคาไลในสภาพแวดล้อมการทำงาน มิฉะนั้นพลาสม่าไม่เพียงพอมีประสิทธิภาพ เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าค่าของน้ำเดียวกันมาก

วงจรอุปกรณ์ทั่วไป

โหนดอื่นๆ ที่ประกอบกันเป็นการออกแบบเครื่องกำเนิดแมกนีโตไฮโดรไดนามิกจะแสดงรายการได้ดีที่สุดพร้อมกับคำอธิบายของกระบวนการทำงานตามลำดับที่เกิดขึ้น

1. ห้องเผาไหม้รับน้ำมันเชื้อเพลิงที่บรรจุเข้าไป นอกจากนี้ยังเพิ่มสารออกซิไดซ์และสารเติมแต่งต่างๆ
2. เชื้อเพลิงเริ่มเผาไหม้ ทำให้เกิดก๊าซขึ้นเป็นผลจากการเผาไหม้
3. ถัดไป หัวฉีดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกเปิดใช้งาน ก๊าซผ่านเข้าไปหลังจากนั้นจะขยายตัวและความเร็วของมันก็เพิ่มขึ้นตามความเร็วของเสียง
4. การกระทำมาถึงห้องที่ผ่านสนามแม่เหล็กผ่านตัวมันเอง บนผนังมีอิเล็กโทรดพิเศษ นี่คือที่ที่ก๊าซเข้ามาในระยะนี้ของวัฏจักร
5. จากนั้นชิ้นงานภายใต้อิทธิพลของอนุภาคที่มีประจุจะเบี่ยงเบนไปจากวิถีหลัก ทิศทางใหม่ตรงที่อิเล็กโทรด
6. รอบสุดท้าย. กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด นี่คือจุดสิ้นสุดของวงจร

การจำแนกหลัก

มีตัวเลือกมากมายสำหรับอุปกรณ์ที่เสร็จแล้ว แต่หลักการทำงานแทบจะเหมือนกันในทุกตัวเลือก ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ที่จะเปิดตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกสำหรับเชื้อเพลิงแข็ง เช่น ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ฟอสซิล เป็นแหล่งที่มาด้วยใช้พลังงาน ไอระเหยของโลหะอัลคาไลและของผสมสองเฟสของพวกมันกับโลหะเหลว ตามระยะเวลาของการทำงาน เครื่องกำเนิด MHD จะแบ่งออกเป็นระยะยาวและระยะสั้น และแบบหลังจะเป็นแบบพัลส์และแบบระเบิด แหล่งความร้อนได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และเครื่องยนต์ไอพ่น

นอกจากนี้ยังมีการจัดประเภทตามประเภทของวงจรการทำงานอีกด้วย ที่นี่การแบ่งเกิดขึ้นเพียงสองประเภทหลักเท่านั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบวงจรเปิดมีสารทำงานผสมกับสารเติมแต่ง ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะผ่านเข้าไปในห้องทำงาน โดยจะทำความสะอาดสิ่งเจือปนในกระบวนการและปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ในรอบปิด สารทำงานจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเข้าสู่ห้องเครื่องกำเนิดเท่านั้น ถัดไป ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้กำลังรอคอมเพรสเซอร์ซึ่งสิ้นสุดรอบการทำงาน หลังจากนั้นของเหลวทำงานจะกลับสู่ขั้นตอนแรกในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

คุณสมบัติหลัก

หากคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกสามารถพิจารณาได้ครบถ้วน พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของอุปกรณ์ดังกล่าวควรถูกนำเสนอ สิ่งแรกที่สำคัญเหล่านี้น่าจะเป็นพลัง เป็นสัดส่วนกับค่าการนำไฟฟ้าของของไหลทำงาน เช่นเดียวกับกำลังสองของความแรงของสนามแม่เหล็กและความเร็วของสนามแม่เหล็ก หากสารทำงานเป็นพลาสมาที่มีอุณหภูมิประมาณ 2-3 พันเคลวิน ค่าการนำไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนกับ 11-13 องศาและแปรผกผันกับรากที่สองของความดัน

คุณควรให้ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการไหลและการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก ลักษณะแรกเหล่านี้มีความแตกต่างกันค่อนข้างมาก ตั้งแต่ความเร็วแบบเปรี้ยงปร้างไปจนถึงความเร็วแบบไฮเปอร์โซนิกที่สูงถึง 1900 เมตรต่อวินาที สำหรับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบของแม่เหล็ก ถ้าทำจากเหล็ก ท่อนบนจะตั้งไว้ที่ประมาณ 2 ต. สำหรับระบบที่ประกอบด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ค่านี้จะเพิ่มขึ้นเป็น 6-8 T.

โปรแกรมสร้าง MHD

ปัจจุบันยังไม่มีการใช้อุปกรณ์ดังกล่าวอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ในทางทฤษฎีแล้ว สามารถสร้างโรงไฟฟ้าด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์ได้ มีรูปแบบที่ถูกต้องทั้งหมดสามรูปแบบ:

1. โรงไฟฟ้าฟิวชัน. พวกเขาใช้วัฏจักรไร้นิวตรอนกับเครื่องกำเนิด MHD เป็นเรื่องปกติที่จะใช้พลาสม่าที่อุณหภูมิสูงเป็นเชื้อเพลิง
2. โรงไฟฟ้าพลังความร้อน. ใช้วงจรแบบเปิดและการติดตั้งนั้นค่อนข้างง่ายในแง่ของคุณสมบัติการออกแบบ เป็นตัวเลือกที่ยังมีโอกาสพัฒนาอยู่
3. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์. สารทำงานในกรณีนี้คือก๊าซเฉื่อย มันถูกทำให้ร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในรอบปิด ยังมีโอกาสพัฒนา อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ในการใช้งานขึ้นอยู่กับการเกิดขึ้นของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีอุณหภูมิของเหลวทำงานสูงกว่า 2 พันเคลวิน

มุมมองอุปกรณ์

ความเกี่ยวข้องของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตไฮโดรไดนามิกขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการและปัญหายังไม่ได้รับการแก้ไข ตัวอย่างคือความสามารถของอุปกรณ์ดังกล่าวในการสร้างกระแสตรงเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าสำหรับการบำรุงรักษาจำเป็นต้องออกแบบอินเวอร์เตอร์ที่มีประสิทธิภาพเพียงพอและยิ่งกว่านั้นคืออินเวอร์เตอร์ที่ประหยัด

ปัญหาที่มองเห็นได้อีกอย่างคือการขาดวัสดุที่จำเป็นซึ่งสามารถทำงานได้เป็นเวลานานพอสมควรในสภาวะที่เชื้อเพลิงร้อนจนถึงอุณหภูมิสุดขั้ว เช่นเดียวกับอิเล็กโทรดที่ใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าว

การใช้งานอื่นๆ

นอกจากการทำงานที่ใจกลางโรงไฟฟ้าแล้ว อุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถทำงานในโรงไฟฟ้าพิเศษได้อีกด้วย ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับพลังงานนิวเคลียร์ อนุญาตให้ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแมกนีโตไฮโดรไดนามิกในระบบเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีความคืบหน้าใดๆ ในพื้นที่นี้