Οι γεννήτριες MHD είναι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αλληλεπιδρώντας με ένα κινούμενο ρευστό όπως ιονισμένο αέριο ή πλάσμα και μαγνητικό πεδίο. Η χρήση μαγνητοϋδροδυναμικής ισχύος γεννήτριες Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον 'Michael Faraday' κατά τη διάρκεια του 1791-1867 ενώ μετακινήθηκε μια ρευστή ηλεκτρική ουσία μέσω ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Οι μονάδες παραγωγής ενέργειας MHD παρέχουν τη δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα με μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι γεννητριών MHD που έχουν σχεδιαστεί με βάση τον τύπο εφαρμογής και τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται. Η παλλόμενη γεννήτρια MHD χρησιμοποιείται για απομακρυσμένες τοποθεσίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος μεγάλων παλμών.
Τι είναι η γεννήτρια MHD;
Ορισμός: Η μαγνητοϋδροδυναμική γεννήτρια (MHD) είναι μια συσκευή που παράγει ενέργεια απευθείας αλληλεπιδρώντας με μια ταχέως κινούμενη ροή υγρού, συνήθως ιονισμένων αερίων / πλάσματος. Οι συσκευές MHD μετατρέπουν τη θερμότητα ή την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια . Η τυπική ρύθμιση μιας γεννήτριας MHD είναι ότι τόσο η τουρμπίνα όσο και η ηλεκτρική εξουσία η γεννήτρια συγκεντρώνεται σε μία μονάδα και δεν έχει κινούμενα μέρη, εξαλείφοντας έτσι τους κραδασμούς και τον θόρυβο, περιορίζοντας τη φθορά. Τα MHD έχουν την υψηλότερη θερμοδυναμική απόδοση καθώς λειτουργεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τους μηχανικούς στροβίλους.
Καλύτερο πριν από τη γεννήτρια
Σχεδιασμός γεννήτριας MHD
Η αποτελεσματικότητα των αγώγιμων ουσιών θα πρέπει να αυξηθεί για να αυξηθεί η λειτουργική απόδοση μιας συσκευής παραγωγής ενέργειας. Η απαιτούμενη απόδοση μπορεί να επιτευχθεί όταν ένα αέριο θερμαίνεται για να γίνει πλάσμα / ρευστό ή προσθήκη άλλων ιονισμένων ουσιών όπως τα άλατα αλκαλικών μετάλλων. Για το σχεδιασμό και την εφαρμογή μιας γεννήτριας MHD, εξετάζονται διάφορα ζητήματα όπως η οικονομία, η αποδοτικότητα, οι μολυσμένοι υποαγωγοί. Τρία πιο κοινά σχέδια γεννητριών MHD είναι:
Σχεδιασμός γεννήτριας Faraday MHD
Ο σχεδιασμός μιας απλής γεννήτριας Faraday περιλαμβάνει έναν σωλήνα ή έναν σωλήνα σχήματος σφήνας κατασκευασμένο από μια μη αγώγιμη ουσία. Ο ισχυρός ηλεκτρομαγνήτης παράγει ένα μαγνητικό πεδίο και επιτρέπει στο αγώγιμο ρευστό να το περάσει κάθετα, προκαλώντας την τάση. Τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται σε ορθή γωνία με το μαγνητικό πεδίο για την εξαγωγή της ηλεκτρικής ισχύος εξόδου.
Αυτός ο σχεδιασμός προσφέρει περιορισμούς όπως το είδος του πεδίου που χρησιμοποιείται και την πυκνότητα. Τελικά, η ποσότητα ισχύος που αντλείται με τη σχεδίαση Faraday είναι ευθέως ανάλογη προς την περιοχή του σωλήνα και την ταχύτητα του αγώγιμου υγρού.
Σχεδιασμός γεννήτριας Hall MHD
Το πολύ υψηλό ρεύμα εξόδου που παράγεται μέσω του Faraday ρέει μαζί με τον αγωγό ρευστού και αντιδρά με το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο με αποτέλεσμα το Hall Effect. Με άλλα λόγια, το ρεύμα που ρέει μαζί με το υγρό θα οδηγούσε σε απώλεια ενέργειας. Το συνολικό ρεύμα που παράγεται είναι ίσο με το διανυσματικό άθροισμα των συνιστωσών του εγκάρσιου (Faraday) και του αξονικού ρεύματος. Για να συλλάβει αυτήν την απώλεια ενέργειας (Faraday και Εφέ αίθουσας συστατικά) και βελτιώνοντας την αποδοτικότητα, αναπτύχθηκαν διαφορετικές διαμορφώσεις.
Μία τέτοια διαμόρφωση είναι η χρήση ζευγών ηλεκτροδίων που χωρίζονται σε μια αλυσίδα τμημάτων και τοποθετούνται δίπλα-δίπλα. Κάθε ζεύγος ηλεκτροδίων μονώνεται το ένα από το άλλο και συνδέεται σε σειρά για να επιτύχει υψηλότερη τάση με χαμηλότερο ρεύμα. Εναλλακτικά, τα ηλεκτρόδια, αντί να είναι κάθετα, είναι ελαφρώς λοξά για να ευθυγραμμιστούν με το διανυσματικό άθροισμα των ρευμάτων Faraday και Hall Effect, επιτρέποντας την εξαγωγή της μέγιστης ενέργειας από το αγώγιμο ρευστό. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει τη διαδικασία σχεδιασμού.
hall-effect-generator-design
Σχεδιασμός γεννήτριας δίσκου MHD
Ο σχεδιασμός της γεννήτριας Hall Effect disc MHD είναι πολύ αποδοτικός και είναι ο συνηθέστερα χρησιμοποιούμενος σχεδιασμός. Ένα ρευστό ρέει στο κέντρο της γεννήτριας δίσκου. Οι αγωγοί περικλείουν το δίσκο και το ρευστό που ρέει. Το ζεύγος πηνίων Helmholtz χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου τόσο πάνω όσο και κάτω από το δίσκο.
Τα ρεύματα Faraday ρέουν πάνω από το όριο του δίσκου, ενώ το ρεύμα Hall-Effect ρέει ανάμεσα σε ηλεκτρόδια δακτυλίου που βρίσκονται στο κέντρο και το όριο του δίσκου.
current-flow-in-disc
Αρχή της γεννήτριας MHD
Η γεννήτρια MHD αναφέρεται συνήθως ως δυναμό ρευστού, το οποίο συγκρίνεται με ένα μηχανικό δυναμό - α μέταλλο αγωγός όταν διέρχεται από ένα μαγνητικό πεδίο παράγει ένα ρεύμα σε έναν αγωγό.
Ωστόσο, στη γεννήτρια MHD, χρησιμοποιείται αγώγιμο υγρό αντί για μεταλλικό αγωγό. Ως αγώγιμο υγρό ( οδηγός ) κινείται μέσω του μαγνητικού πεδίου, παράγει ένα ηλεκτρικό πεδίο κάθετο προς το μαγνητικό πεδίο. Αυτή η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω MHD βασίζεται στην αρχή της Ο νόμος του Faraday του ηλεκτρομαγνητική επαγωγή .
Όταν το αγώγιμο ρευστό ρέει μέσω μαγνητικού πεδίου, δημιουργείται τάση κατά μήκος του ρευστού του και είναι κάθετη τόσο στη ροή ρευστού όσο και στο μαγνητικό πεδίο σύμφωνα με τον κανόνα του δεξιού χεριού του Fleming.
Εφαρμόζοντας τον δεξιό κανόνα του Fleming στη γεννήτρια MHD, ένα αγώγιμο ρευστό περνά μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο «Β». Το αγώγιμο ρευστό έχει σωματίδια ελεύθερης φόρτισης που κινούνται με ταχύτητα «v».
Τα αποτελέσματα ενός φορτισμένου σωματιδίου που κινείται με ταχύτητα «v» σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο δίδονται από τον νόμο Lorentz Force. Η απλούστερη μορφή αυτής της περιγραφής δίνεται παρακάτω από την εξίσωση φορέα.
F = Q (v x Β)
Που,
«F» είναι η δύναμη που δρα στο σωματίδιο.
«Q» είναι το φορτίο του σωματιδίου,
«V» είναι η ταχύτητα του σωματιδίου, και
Το «Β» είναι το μαγνητικό πεδίο.
Το διάνυσμα «F» είναι κάθετο και στα δύο «v» και «B» σύμφωνα με τον δεξιό κανόνα.
Η γεννήτρια MHD λειτουργεί
Το MHD ηλεκτρική ενέργεια Το διάγραμμα παραγωγής παρουσιάζεται παρακάτω με πιθανές ενότητες συστήματος. Αρχικά, η γεννήτρια MHD απαιτεί πηγή αερίου υψηλής θερμοκρασίας, η οποία μπορεί είτε να είναι ψυκτικό πυρηνικό αντιδραστήρα είτε να είναι αέρια καύσης υψηλής θερμοκρασίας που παράγονται από άνθρακα.
mhd-generator-working
Καθώς το αέριο και το καύσιμο περνούν μέσω του ακροφυσίου διαστολής, μειώνει την πίεση του αερίου και αυξάνει την ταχύτητα του ρευστού / πλάσματος μέσω του αγωγού MHD και αυξάνει τη συνολική απόδοση της ισχύος εξόδου. Η θερμότητα εξαγωγής που παράγεται από το ρευστό μέσω του αγωγού είναι η ισχύς DC. Χρησιμοποιούσε τη λειτουργία του συμπιεστή για να αυξήσει τον ρυθμό καύσης καυσίμου.
Κύκλοι MHD και υγρά εργασίας
Καύσιμα όπως άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άλλα καύσιμα που μπορούν να παράγουν υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε γεννήτριες MHD. Εκτός αυτού, οι γεννήτριες MHD μπορούν να χρησιμοποιούν πυρηνική ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι γεννήτριες MHD είναι δύο τύπων - συστήματα ανοιχτού κύκλου και κλειστού κύκλου. Σε ένα σύστημα ανοιχτού κύκλου, το ρευστό εργασίας διέρχεται μόνο μία φορά μέσω του αγωγού MHD. Αυτό παράγει καυσαέρια μετά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα μέσω στοίβας. Το υγρό εργασίας σε ένα σύστημα κλειστού κύκλου ανακυκλώνεται στην πηγή θερμότητας για επαναχρησιμοποίηση του επανειλημμένα.
Το υγρό εργασίας που χρησιμοποιείται σε ένα σύστημα ανοικτού κύκλου είναι αέρας, ενώ το ήλιο ή το αργόν χρησιμοποιείται σε ένα σύστημα κλειστού κύκλου.
Πλεονεκτήματα
Το α πλεονεκτήματα της γεννήτριας MHD συμπεριλάβετε τα ακόλουθα.
- Οι γεννήτριες MHD μετατρέπουν θερμότητα ή θερμική ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια
- Δεν έχει κινούμενα μέρη, επομένως οι μηχανικές απώλειες θα ήταν ελάχιστες
- Υψηλή απόδοση Έχει υψηλότερη λειτουργική απόδοση περισσότερο από τις συμβατικές γεννήτριες, επομένως, το συνολικό κόστος μιας εγκατάστασης MHD είναι μικρότερο σε σύγκριση με τις συμβατικές εγκαταστάσεις ατμού
- Το κόστος λειτουργίας και συντήρησης είναι μικρότερο
- Λειτουργεί σε κάθε τύπο καυσίμου και έχει καλύτερη χρήση καυσίμου
Μειονεκτήματα
ο μειονεκτήματα της γεννήτριας MHD συμπεριλάβετε τα ακόλουθα.
- Βοηθά στο υψηλό ποσό απωλειών που περιλαμβάνουν τριβή ρευστού και απώλειες μεταφοράς θερμότητας
- Χρειάζεται μεγάλους μαγνήτες, με αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος κατά την εφαρμογή γεννητριών MHD
- Οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας στην περιοχή από 200 ° K έως 2400 ° K θα διαβρώσουν τα εξαρτήματα νωρίτερα
Εφαρμογές του MHD Generator
Οι εφαρμογές είναι
- Οι γεννήτριες MHD χρησιμοποιούνται για την οδήγηση υποβρυχίων, αεροσκαφών, πειραμάτων υπερηχητικής σήραγγας, εφαρμογές άμυνας και ούτω καθεξής.
- Χρησιμοποιούνται ως αδιάλειπτη παροχή ηλεκτρικού ρεύματος σύστημα και ως σταθμοί παραγωγής ενέργειας σε βιομηχανίες
- Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για οικιακές εφαρμογές
Συχνές ερωτήσεις
1). Τι είναι μια πρακτική γεννήτρια MHD;
Πρακτικές γεννήτριες MHD αναπτύχθηκαν για ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, αυτοί ξεπεράστηκαν από συνδυασμένους κύκλους χαμηλού κόστους, όπου η εξάτμιση των αεριοστροβίλων θερμαίνει τον ατμό για να λειτουργήσει ένας ατμοστρόβιλος.
2). Τι είναι η σπορά στη γενιά MHD;
Η σπορά είναι μια διαδικασία έγχυσης ενός υλικού σποράς όπως ανθρακικό κάλιο ή καίσιο στο πλάσμα / υγρό για την αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
3). Τι είναι η ροή MHD;
Η αργή κίνηση ενός υγρού μπορεί να περιγραφεί ως κανονική και ομαλή κίνηση. Οποιαδήποτε διαταραχή στην ταχύτητα ροής, οδηγεί σε στροβιλισμό, αλλάζοντας γρήγορα τα χαρακτηριστικά ροής.
4). Ποιο καύσιμο χρησιμοποιείται στην παραγωγή ισχύος MHD;
Τα ψυκτικά αέρια όπως το ήλιο και το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιούνται ως πλάσμα σε πυρηνικούς αντιδραστήρες για να κατευθύνουν την παραγωγή ισχύος MHD.
5). Μπορεί το πλάσμα να παράγει ηλεκτρική ενέργεια;
Το πλάσμα είναι ένας καλός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας καθώς διαθέτει άφθονα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμο όταν εφαρμόζονται ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και επηρεάζουν τη συμπεριφορά των φορτισμένων σωματιδίων.
Αυτό το άρθρο παρέχει μια λεπτομερή περιγραφή του μια επισκόπηση της γεννήτριας MHD , η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μεταλλικό υγρό. Συζητήσαμε επίσης την αρχή, τα σχέδια και τις μεθόδους εργασίας της γεννήτριας MHD. Επιπλέον, αυτό το άρθρο επισημαίνει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα και διάφορες εφαρμογές της γεννήτριας MHD. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία μιας γεννήτριας;
