Generator magnetohidrodinamik: perangkat, prinsip operasi dan tujuan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Tidak semua sumber energi alternatif di planet Bumi telah dipelajari dan berhasil diterapkan sejauh ini. Namun demikian, umat manusia secara aktif berkembang ke arah ini dan menemukan opsi baru. Salah satunya adalah memperoleh energi dari elektrolit yang berada dalam medan magnet.

Efek yang dirancang dan asal nama

Karya pertama di bidang ini dikaitkan dengan Faraday, yang bekerja dalam kondisi laboratorium sejak tahun 1832. Dia menyelidiki apa yang disebut efek magnetohidrodinamik, atau lebih tepatnya, dia mencari gaya penggerak elektromagnetik dan mencoba menerapkannya dengan sukses. Arus Sungai Thames digunakan sebagai sumber energi. Seiring dengan nama efeknya, instalasi juga menerima namanya - generator magnetohydrodynamic.

Perangkat MHD ini langsung mengonversinyabentuk energi menjadi energi lain, yaitu mekanik menjadi listrik. Fitur dari proses semacam itu dan deskripsi prinsip operasinya secara keseluruhan dijelaskan secara rinci dalam magnetohidrodinamika. Generator itu sendiri dinamai menurut disiplin ini.

Deskripsi tindakan efek

Pertama-tama, Anda harus memahami apa yang terjadi selama pengoperasian perangkat. Ini adalah satu-satunya cara untuk memahami prinsip kerja generator magnetohidrodinamik. Efeknya didasarkan pada munculnya medan listrik dan, tentu saja, arus listrik dalam elektrolit. Yang terakhir diwakili oleh berbagai media, misalnya, logam cair, plasma (gas) atau air. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa prinsip operasi didasarkan pada induksi elektromagnetik, yang menggunakan medan magnet untuk menghasilkan listrik.

Ternyata konduktor harus berpotongan dengan garis gaya medan. Ini, pada gilirannya, merupakan kondisi wajib untuk aliran ion dengan muatan berlawanan relatif terhadap partikel yang bergerak untuk mulai muncul di dalam perangkat. Penting juga untuk memperhatikan perilaku garis-garis medan. Medan magnet yang terbentuk dari mereka bergerak di dalam konduktor itu sendiri dalam arah yang berlawanan dari tempat muatan ion berada.

Definisi dan sejarah generator MHD

Instalasi adalah alat untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik. Ini sepenuhnya berlaku di atasMemengaruhi. Pada saat yang sama, generator magnetohidrodinamik dianggap pada suatu waktu sebagai ide yang cukup inovatif dan terobosan, konstruksi sampel pertama yang memenuhi pikiran para ilmuwan terkemuka abad kedua puluh. Segera, dana untuk proyek-proyek semacam itu habis karena alasan yang tidak sepenuhnya jelas. Instalasi eksperimental pertama telah didirikan, tetapi penggunaannya telah ditinggalkan.

Desain pertama generator magnetodinamik dijelaskan pada tahun 1907-910, namun, mereka tidak dapat dibuat karena sejumlah fitur fisik dan arsitektur yang kontradiktif. Sebagai contoh, kita dapat menyebutkan fakta bahwa bahan yang belum dibuat dapat berfungsi secara normal pada suhu operasi 2500-3000 derajat Celcius di lingkungan gas. Model Rusia seharusnya muncul di MGDES yang dibangun khusus di kota Novomichurinsk, yang terletak di wilayah Ryazan di dekat pembangkit listrik distrik negara bagian. Proyek ini dibatalkan pada awal 1990-an.

Cara kerja perangkat

Desain dan prinsip pengoperasian generator magnetohidrodinamik sebagian besar mengulangi varian mesin biasa. Dasarnya adalah efek induksi elektromagnetik, yang berarti bahwa arus muncul di konduktor. Ini disebabkan oleh fakta bahwa yang terakhir melintasi garis medan magnet di dalam perangkat. Namun, ada satu perbedaan antara mesin dan generator MHD. Itu terletak pada kenyataan bahwa untuk varian magnetohidrodinamik sebagaikonduktor digunakan langsung oleh benda kerja itu sendiri.

Tindakan ini juga didasarkan pada partikel bermuatan, yang dipengaruhi oleh gaya Lorentz. Pergerakan fluida kerja terjadi melintasi medan magnet. Karena ini, ada aliran pembawa muatan dengan arah yang berlawanan. Pada tahap pembentukan, generator MHD digunakan terutama cairan atau elektrolit konduktif listrik. Merekalah yang merupakan badan yang paling bekerja. Variasi modern telah beralih ke plasma. Pembawa muatan untuk mesin baru adalah ion positif dan elektron bebas.

Desain generator MHD

Node pertama perangkat disebut saluran tempat fluida kerja bergerak. Saat ini, generator magnetohydrodynamic terutama menggunakan plasma sebagai media utama. Simpul berikutnya adalah sistem magnet yang bertanggung jawab untuk menciptakan medan magnet dan elektroda untuk mengalihkan energi yang akan diterima selama proses kerja. Namun, sumbernya mungkin berbeda. Elektromagnet dan magnet permanen dapat digunakan dalam sistem.

Selanjutnya, gas menghantarkan listrik dan memanas hingga mencapai suhu ionisasi termal, yaitu sekitar 10.000 Kelvin. Setelah indikator ini harus dikurangi. Bilah suhu turun menjadi 2, 2-2, 7 ribu Kelvin karena fakta bahwa aditif khusus dengan logam alkali ditambahkan ke lingkungan kerja. Jika tidak, plasma tidak cukupderajat efektif, karena nilai konduktivitas listriknya menjadi jauh lebih rendah daripada air yang sama.

Siklus perangkat biasa

Node lain yang menyusun desain generator magnetohidrodinamik paling baik dicantumkan bersama dengan deskripsi proses fungsional dalam urutan terjadinya.

1. Ruang bakar menerima bahan bakar yang dimuat ke dalamnya. Oksidator dan berbagai aditif juga ditambahkan.
2. Bahan bakar mulai terbakar, memungkinkan gas terbentuk sebagai produk pembakaran.
3. Selanjutnya, nozzle generator diaktifkan. Gas melewatinya, setelah itu mengembang, dan kecepatannya meningkat menjadi kecepatan suara.
4. Aksi datang ke ruang yang melewati medan magnet melalui dirinya sendiri. Di dindingnya ada elektroda khusus. Di sinilah gas masuk pada tahap siklus ini.
5. Kemudian benda kerja di bawah pengaruh partikel bermuatan menyimpang dari lintasan utamanya. Arah baru adalah persis di mana elektroda berada.
6. Tahap terakhir. Arus listrik dihasilkan di antara elektroda. Di sinilah siklus berakhir.

Klasifikasi utama

Ada banyak opsi untuk perangkat yang sudah jadi, tetapi prinsip operasinya akan hampir sama di salah satu dari mereka. Misalnya, dimungkinkan untuk meluncurkan generator magnetohidrodinamik pada bahan bakar padat seperti produk pembakaran fosil. Juga sebagai sumberenergi, uap logam alkali dan campuran dua fasenya dengan logam cair digunakan. Menurut durasi operasi, generator MHD dibagi menjadi jangka panjang dan jangka pendek, dan yang terakhir - menjadi berdenyut dan meledak. Sumber panas termasuk reaktor nuklir, penukar panas, dan mesin jet.

Selain itu, ada juga klasifikasi menurut jenis siklus kerja. Di sini pembagian hanya terjadi menjadi dua jenis utama. Generator siklus terbuka memiliki fluida kerja yang dicampur dengan aditif. Produk pembakaran melewati ruang kerja, di mana mereka dibersihkan dari kotoran dalam proses dan dilepaskan ke atmosfer. Dalam siklus tertutup, fluida kerja memasuki penukar panas dan baru kemudian memasuki ruang generator. Selanjutnya, produk pembakaran menunggu kompresor, yang menyelesaikan siklus. Setelah itu, fluida kerja kembali ke tahap pertama di penukar panas.

Fitur Utama

Jika pertanyaan tentang apa yang menghasilkan generator magnetohidrodinamik dapat dianggap sepenuhnya tercakup, maka parameter teknis utama dari perangkat tersebut harus disajikan. Yang pertama penting mungkin adalah kekuatan. Ini sebanding dengan konduktivitas fluida kerja, serta kuadrat kekuatan medan magnet dan kecepatannya. Jika fluida kerja adalah plasma dengan suhu sekitar 2-3 ribu Kelvin, maka konduktivitas sebanding dengan itu dalam 11-13 derajat dan berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari tekanan.

Anda juga harus memberikan data tentang laju aliran daninduksi medan magnet. Yang pertama dari karakteristik ini sangat bervariasi, mulai dari kecepatan subsonik hingga kecepatan hipersonik hingga 1900 meter per detik. Adapun induksi medan magnet, itu tergantung pada desain magnet. Jika terbuat dari baja, maka batang atas akan disetel sekitar 2 T. Untuk sistem yang terdiri dari magnet superkonduktor, nilai ini naik menjadi 6-8 T.

Aplikasi generator MHD

Penggunaan perangkat semacam itu secara luas saat ini tidak diamati. Namun demikian, secara teori dimungkinkan untuk membangun pembangkit listrik dengan generator magnetohidrodinamik. Ada tiga variasi yang valid secara total:

1. Pembangkit listrik fusi. Mereka menggunakan siklus tanpa neutron dengan generator MHD. Biasanya menggunakan plasma pada suhu tinggi sebagai bahan bakar.
2. Pembangkit listrik termal. Jenis siklus terbuka digunakan, dan pemasangannya sendiri cukup sederhana dalam hal fitur desain. Opsi inilah yang masih memiliki prospek untuk dikembangkan.
3. Pembangkit listrik tenaga nuklir. Fluida kerja dalam hal ini adalah gas inert. Dipanaskan dalam reaktor nuklir dalam siklus tertutup. Ini juga memiliki prospek untuk dikembangkan. Namun kemungkinan penerapannya tergantung pada munculnya reaktor nuklir dengan temperatur fluida kerja di atas 2 ribu Kelvin.

Perspektif Perangkat

Relevansi generator magnetohidrodinamik tergantung pada sejumlah faktor danmasalah yang masih belum terselesaikan. Contohnya adalah kemampuan perangkat tersebut untuk menghasilkan arus searah saja, yang berarti bahwa untuk pemeliharaannya perlu dirancang cukup kuat dan, terlebih lagi, inverter yang ekonomis.

Masalah lain yang terlihat adalah kurangnya bahan yang diperlukan yang dapat bekerja untuk waktu yang cukup lama dalam kondisi pemanasan bahan bakar hingga suhu ekstrem. Hal yang sama berlaku untuk elektroda yang digunakan dalam generator tersebut.

Kegunaan lain

Selain berfungsi di jantung pembangkit listrik, perangkat ini dapat bekerja di pembangkit listrik khusus, yang akan sangat berguna untuk energi nuklir. Penggunaan generator magnetohydrodynamic juga diperbolehkan dalam sistem pesawat hipersonik, tetapi sejauh ini tidak ada kemajuan yang diamati di area ini.