» » » » » » Generatoare magnetohidrodinamice

Generatoare magnetohidrodinamice

postat în: Electromagnetism | 0
Generator magnetohidrodinamic
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:MHD_generator_(En).png 

(Generator magnetohidrodinamic. )

Un generator magnetohidrodinamic (MHD) este un convertor magnetohidrodinamic care transformă energia termică și energia cinetică în energie electrică. Generatoarele MHD diferă de generatoarele electrice tradiționale prin faptul că funcționează la temperaturi ridicate fără părți în mișcare. Magnetohidrodinamica a fost dezvoltată deoarece gazele reziduale fierbinți ale unui generator MHD pot încălzi cazanele unei centrale electrice cu abur, sporind eficiența globală. Magnetohidrodinamica a fost dezvoltată ca un ciclu de topping pentru creșterea eficienței generării electrice, în special la arderea cărbunelui sau a gazelor naturale. Dinamurile MHD sunt complementul acceleratoarelor MHD, care au fost folosite pentru pomparea metalelor lichide, a apei de mare și a plasmei.

Un generator MHD, ca un generator convențional, se bazează pe deplasarea unui conductor printr-un câmp magnetic pentru a genera curent electric. Generatorul MHD folosește un gaz ionizator fierbinte (plasmă) pe post de conductor de mișcare. Dinamul mecanic, în schimb, utilizează mișcarea dispozitivelor mecanice pentru a realiza acest lucru. Generatoarele MHD sunt practice din punct de vedere tehnic pentru combustibilii fosili, dar au fost depășite de alte tehnologii mai puțin costisitoare, cum ar fi ciclurile combinate în care gazele de eșapament ale turbinei cu gaze sau evacuarea celulelor de combustibil cu carbonat lichid încălzesc aburul pentru alimentarea unei turbine cu abur.

Dinamurile naturale MHD sunt o zonă activă de cercetare în fizica plasmei și sunt de mare interes pentru comunitățile de geofizică și astrofizică, deoarece câmpurile magnetice ale pământului și ale soarelui sunt produse de aceste dinamuri naturale.

Principiu

Legea forței Lorentz descrie efectele unei particule încărcate care se deplasează într-un câmp magnetic constant. Cea mai simplă formă a acestei legi este dată de ecuația vectorială.

F = Q ∙ (v × B)

unde: F este forța care acționează asupra particulei, Q este sarcina particulei, v este viteza particulei și B este câmpul magnetic.

Vectorul F este perpendicular atât pe v, cât și pe B în conformitate cu regula mâinii drepte.

Generarea de energie electrică

În mod tipic, pentru o stație de energie la scară largă pentru a obține eficiența operațională a modelelor dcomputerizate, trebuie luate măsuri pentru a crește conductivitatea electrică a substanței conductive. Încălzirea unui gaz la starea sa de plasmă sau adăugarea de alte substanțe ușor ionizabile, cum ar fi sărurile metalelor alcaline, pot realiza această creștere. În practică, trebuie luate în considerare o serie de aspecte în implementarea unui generator MHD: eficiența generatoarelor, economia și produsele secundare toxice. Aceste probleme sunt afectate de alegerea unuia dintre cele trei modele ale generatoarelor MHD: generatorul Faraday, generatorul Hall și generatorul cu disc.

Generatorul Faraday

Generatorul Faraday este numit după omul care a căutat primul efectul în râul Tamisa. Un simplu generator Faraday ar consta dintr-o țeavă în formă de pană sau un tub dintr-un material neconductor. Atunci când un fluid conductiv electric curge prin tub, în ​​prezența unui câmp magnetic perpendicular semnificativ, se produce o tensiune în câmp, care poate fi extrasă ca energie electrică prin plasarea electrozilor pe părțile laterale la unghiuri de 90 de grade față de câmpul magnetic.

Există limitări privind densitatea și tipul de câmp utilizat. Cantitatea de energie care poate fi extrasă este proporțională cu aria secțiunii transversale a tubului și cu viteza fluxului conductiv. Substanța conductivă este, de asemenea, răcită și încetinită prin acest proces. Generatoarele MHD reduc în mod obișnuit temperatura substanței conducătoare de la temperaturile plasmatice la puțin peste 1000 °C.

Principala problemă practică a unui generator Faraday este aceea că tensiunile și curenții diferențiali din fluidul sunt mici prin electrozii de pe părțile laterale ale conductei. Cele mai mari pierderi sunt generate de curent prin efectul Hall. Acest lucru face ca generatorul Faraday să fie foarte ineficient. Cele mai multe îmbunătățiri ale generatoarelor MHD au încercat să rezolve această problemă. Câmpul magnetic optim pe generatoarele MHD în formă de conductă este un fel de formă de șa. Pentru a obține acest câmp, un generator mare necesită un magnet extrem de puternic. Multe grupuri de cercetare au încercat să adapteze magneții superconductori în acest scop, cu un succes variabil.

Generatorul Hall

Soluția cea mai comună este folosirea efectului Hall pentru a crea un curent care curge cu fluidul. Schema normală este de a plasa pe părțile laterale ale conductelor zone de electrozi scurți, verticali. Primul și ultimul electrod din conductă alimentează încărcătura. Fiecare alt electrod este scurtcircuitat către un electrod pe partea opusă a canalului. Aceste scurtcircuite ale curentului Faraday induc un câmp magnetic puternic în fluid, dar într-o coardă de cerc în unghi drept față de curentul Faraday. Acest câmp indus secundar face curgerea curentului într-o formă de curcubeu între primul și ultimul electrod.

Pierderile sunt mai mici decât un generator Faraday, iar tensiunile sunt mai mari, deoarece există un scurtcircuit mai mic al curentului indus final. Cu toate acestea, acest design are probleme deoarece viteza fluxului de material necesită ca electrozii din mijloc să fie echilibrați pentru a „prinde” curenții Faraday. Pe măsură ce variază sarcina, viteza fluxului de fluid variază, aliniind necorespunzător a curentul Faraday cu electrozii respectivi și făcând ca eficiența generatorului să fie foarte sensibilă la încărcarea sa.

Generatorul cu disc
Generator MHD cu disc
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Disk_MHD_generator.png 

(Diagrama unui generator cu disc MHD care arată fluxurile de curent. )

Cel de-al treilea și, în prezent, cel mai eficient design, este generatorul cu disc cu efect Hall. Acest design deține în prezent recordul privind eficiența și densitatea de energie pentru generarea de MHD. Un generator cu disc are un fluid care curge între centrul unui disc și o conductă înfășurată în jurul marginii. Câmpul de excitație magnetică este realizat de o pereche de bobine Helmholtz circulară deasupra și plasată dedesubtul discului. Curenții Faraday curg într-o buclă închisă perfect în jurul periferiei discului. Curenții efectului Hall curg între electrozii inelari în apropierea centrului și electrozii inelari în apropierea periferii.

Un alt avantaj semnificativ al acestui design este acela că magnetul este mai eficient. Mai întâi, are linii simple de câmp paralel. În al doilea rând, deoarece fluidul este procesat pe un disc, magnetul poate fi mai aproape de fluid, iar intensitățile câmpului magnetic cresc ca a treia putere a distanței. În cele din urmă, generatorul este compact pentru puterea sa, deci magnetul este și mai mic. Magnetul rezultat utilizează un procent mult mai mic din puterea generată.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *