Магнитный гидродинамический генератор: МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР — Большая советская энциклопедия, БСЭ — Энциклопедические словари

электромагнитный гидродинамический генератор - патент РФ 2396681

Изобретение относится к области электротехники, может быть использовано в автономных источниках, работающих в условиях постоянного воздействия силы тяжести, и с успехом применено в промышленности для производства электроэнергии. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности электромагнитного гидродинамического генератора. Данный технический результат достигается тем, что предлагаемый генератор дополнительно содержит платформу, закрепленную на оси, с возможностью вращения платформы вокруг оси, а немагнитный кольцевой трубопровод с минимум одной обмоткой жестко прикреплен к платформе. Выполнение замкнутого кольцевого трубопровода с круглым сечением позволяет уменьшить трение жидкого рабочего тела о стенки трубопровода. В качестве жидкого рабочего тела может использоваться неоднородная жидкость, содержащая магнитную жидкую основу и немагнитные твердые включения. Выполнение рабочего тела неоднородным позволяет увеличить генерацию электроэнергии за счет увеличения неравномерности магнитного потока и соответственно увеличения электродвижущей силы. Удельный вес твердых включений может быть меньше удельного веса жидкости, например, как у пенопластовых шариков. Выполнение твердых включений с малым удельным весом обеспечивает улучшение сепарации компонентов рабочей жидкости. Выполнение шариков пенопластовыми позволяет достичь высоких экономических показателей за счет снижения цены материалов. Суммарный объем твердых включений может составлять менее 50% общего объема жидкого рабочего тела. При указанном соотношении объема твердых включений в жидкости достигается уменьшение трения между шариками, что приводит к увеличению срока службы рабочего тела и увеличению эффективности устройства за счет уменьшения потерь на трение. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Электромагнитный гидродинамический генератор, содержащий немагнитный замкнутый кольцевой трубопровод, заполненный жидким рабочим телом с магнитными свойствами, минимум одной обмоткой, расположенной на участке внешней поверхности немагнитного замкнутого кольцевого трубопровода, отличающийся тем, что дополнительно содержит платформу, закрепленную на оси с возможностью вращения платформы вокруг оси, причем немагнитный кольцевой трубопровод с минимум одной обмоткой жестко прикреплен к платформе.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что на платформе расположены два немагнитных кольцевых трубопровода симметрично относительно оси вращения.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что платформа выполнена в виде диска.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что замкнутый кольцевой трубопровод имеет круглое сечение.

5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что вокруг кольцевого трубопровода располагают несколько обмоток.

6. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого рабочего тела используется неоднородная жидкость, содержащая магнитную жидкую основу и немагнитные твердые включения.

7. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого рабочего тела используется неоднородная жидкость, содержащая твердые включения, удельный вес которых меньше удельного веса жидкости.

8. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых включений используются пенопластовые шарики.

9. Генератор по п.7, отличающийся тем, что суммарный объем твердых включений составляет менее 50% общего объема жидкого рабочего тела.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных источниках электроэнергии, работающих в условиях постоянного воздействия силы тяжести.

Известен «Индукторный генератор» RU 2111600 С1 [1], содержащий полый статор, выполненный в виде немагнитной трубы, обмотку, расположенную на внешней поверхности немагнитной трубы, рабочее тело в виде жидкости с неоднородными магнитными свойствами.

Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная наличием воздушного насоса.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Электрический генератор на частицах» СА 1213671 С1 [2].

Генератор электрической энергии содержит немагнитный замкнутый кольцевой трубопровод, заполненный жидким рабочим телом с магнитными свойствами, минимум одной обмоткой, расположенной на внешней поверхности немагнитного замкнутого кольцевого трубопровода.

Известный генератор имеет большую эффективность по сравнению с [1] благодаря замкнутому трубопроводу, но обладает пониженно эффективностью благодаря уравниванию гидростатических сил в обоих коленах замкнутого трубопровода.

Недостатком известного генератора является пониженная эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности.

Технический результат достигается тем, что генератор дополнительно содержит платформу, закрепленную на оси, с возможностью вращения платформы вокруг оси, а немагнитный кольцевой трубопровод с минимум одной обмоткой жестко прикреплен к платформе.

Фрагмент устройства приведен на фиг.1,

где

1 - немагнитный замкнутый кольцевой трубопровод;

2 - жидкое рабочее тело;

3 - обмотка;

4 - левая петля трубопровода;

5 - правая петля трубопровода;

6 - край платформы;

7 - ось вращения;

8 - направление вращения;

9 - направление движения рабочего тела в трубопроводе.

При вращении платформы 4 (например, при запуске с помощью приложения внешнего вращающего момента от электродвигателя, ветродвигателя) вокруг оси 5 по направлению 6 рабочее тело 2, обладающее магнитными свойствами, приходит в движение, показанное стрелками 7. Движение происходит за счет разности давлений в левой и правой ветвях трубопровода. Гидростатические силы давления столбов жидкости в поле центробежных сил формируются асимметричными по модулю под воздействием разнонаправленных потоков рабочего тела в разных ветвях модуля относительно направления вектора действия центробежных сил. В левой ветви радиального потока от периферии к центру гидростатические силы давления больше, чем в правой ветви радиального потока от центра к периферии, потому что в левой части центростремительное ускорение и ускорение движущейся массы потока суммируются, а в правой вычитаются. Каждый отдельный поплавок, а вместе с ними и все рабочее тело перемещаются по трубопроводу циклично за два такта. В первом такте «всплытия» поплавки находятся в потоке левой ветви петли модуля (4). Во втором такте «потопления» поплавки находятся в потоке в правой ветви петли модуля (5). В левой ветви (4) радиального потока от периферии к центру архимедовы силы больше, чем в правой ветви (5) радиального потока от центра к периферии, поэтому работа архимедовых сил перемещает каждый отдельный поплавок, а вместе с ними и все рабочее тело по закольцованному трубопроводу.

При возникновении движения рабочей жидкости 2 внутри немагнитного замкнутого кольцевого трубопровода 1 в пространстве внутри обмотки 3 происходит изменение магнитного потока, что приводит к возникновению электромагнитной индукции на концах обмотки. Электрический ток, порожденный электромагнитной индукцией, снимается с концов обмотки и поступает во внешнюю электрическую сеть потребителям (цепь не показана).

На платформе могут располагаться два немагнитных кольцевых трубопровода симметрично относительно оси вращения. Такое расположение кольцевых трубопроводов позволяет оптимально сбалансировать устройство.

Выполнение платформы в виде диска позволяет улучшить габаритные размеры устройства.

Пример выполнения конструкции, обладающей указанными признаками, приведен на фиг.2,

где

10 - второй замкнутый трубопровод;

11 - диск.

Выполнение замкнутого кольцевого трубопровода с круглым сечением позволяет уменьшить трение жидкого рабочего тела о стенки трубопровода.

Вокруг кольцевого трубопровода может быть расположено несколько обмоток. Наличие нескольких обмоток позволяет оптимизировать магнитные потоки и оптимизировать движение рабочего тела с магнитными свойствами.

В качестве жидкого рабочего тела может использоваться неоднородная жидкость, содержащая магнитную жидкую основу и немагнитные твердые включения. Выполнение рабочего тела неоднородным позволяет увеличить генерацию электроэнергии за счет увеличения неравномерности магнитного потока и соответственно увеличения электродвижущей силы.

Удельный вес твердых включений может быть меньше удельного веса жидкости, например, как у пенопластовых шариков. Выполнение твердых включений с малым удельным весом обеспечивает улучшение сепарации компонентов рабочей жидкости. Выполнение шариков пенопластовыми позволяет достичь высоких экономических показателей за счет снижения цены материалов.

Суммарный объем твердых включений может составлять менее 50% общего объема жидкого рабочего тела. При указанном соотношении объема твердых включений в жидкости достигается уменьшение трения между шариками, что приводит к увеличению срока службы рабочего тела и увеличению эффективности устройства за счет уменьшения потерь на трение.

Промышленное применение.

Изобретение может быть с успехом применено в промышленности для производства электроэнергии.

МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА (МГД) | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА (МГД) – наука, изучающая движение электропроводных жидкостей и газов. Математическим аппаратом МГД являются уравнения гидроаэромеханики и уравнения Максвелла для электромагнитных величин. В ряде областей физики, механики, техники возникает необходимость изучения движений электропроводных жидкостей и газов. К таким областям, например, относятся астрофизика, аэродинамика больших скоростей, магнитогидродинамические генераторы электрической энергии, электромагнитные насосы для перекачки жидких металлов, плазменные ускорители, управляемые термоядерные реакции и т.п. Если предметом изучения является газ, то свойством проводника электричества он обладает только тогда, когда находится в ионизованном состоянии. Например, воздух при атмосферном давлении обладает этими свойствами при температуре Т і 5000К.

Ионизованный газ чаще всего называют плазмой, если он обладает в среднем свойством квазинейтральности, т.е. свойством, при котором положительные заряды почти компенсируются отрицательными. Если плазму поместить в электромагнитное поле, то в ней появляются электрические токи, которые, в свою очередь, приводят к появлению электромагнитной силы, воздействующей на ее движение. Из школьных учебников известно, что при протекании электрического тока по проводнику создается собственное магнитное поле, которое искажает внешнее (наложенное на проводник) магнитное поле. В рассматриваемом случае, когда таким проводником являются жидкие металлы или ионизованный газ, это означает, что не только электромагнитные силы оказывает воздействие на их движение, но и движение таких сред воздействуют на электромагнитное поле. Возникает сложное взаимодействие между электропроводными жидкостями и газами и электромагнитным полем. Математически это означает, что в рамках модели сплошной среды (

См. также ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА) возникает сложная проблема совместного решения системы уравнений гидроаэромеханики и уравнений Максвелла для электромагнитного поля.

Силы, действующие на электропроводные жидкости и газы.

Чтобы жидкости или газы были проводниками электричества, в них должны присутствовать свободные заряженные частицы, например, полностью ионизованный водород состоит только из свободных протонов и электронов.

Пусть электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля E и вектором магнитной индукции B. В электродинамике обычно вводят еще вектор электрической индукции D и вектор напряженности магнитного поля H. Ниже (можно ограничиться первыми двумя векторами, поскольку в магнитной гидродинамике различие между E и D, а также между B и H несущественно).

На отдельную частицу с зарядом e_k, движущуюся со скоростью v_k, в электромагнитном поле Е, В действует сила, равная

, где с – скорость света, характеризующая абсолютную гауссовскую систему единиц измерения, в которой векторы напряженности электрического поля и магнитной индукции имеют одинаковую размерность, а квадрат магнитного поля имеет размерность гидростатического давления в гидроаэромеханике. Для вычисления силы rF, которая действует на единицу объема электропроводной жидкости или газа в присутствии электромагнитной силы, суммируются силы, действующие на одну частицу, по всем частицам, находящимся в элементе физического объема DU. В результате электромагнитная сила, действующая на единицу объема сплошной среды, может быть записана в виде

, где

Здесь r_е – плотностью заряд, и j – вектор плотности электрического тока. Суммирование в последних соотношениях идет по сортам частиц, а не по всем частицам, поскольку многие частицы сплошной среды являются одинаковыми. При этом n₂₂₆ и V₂₂₆ – концентрация (число частиц в единице объема) и вектор средней скорости частиц сорта a соответственно. Так, например, для полностью ионизованного атомарного водорода

,

Здесь индексы «p» и «е» относятся к протонам и электронам соответственно, а абсолютная величина заряда электрона равна е = е_p = –e_e = 4,8 ·10^–10 (г^1/2cм^3/2сек^–1).

Таким образом, электропроводные среды состоят, как минимум, из двух сортов частиц. Обычно для описания движения таких сред, как целое, используется прием, связанный с суммированием уравнений механики сплошных сред по сортам a отдельного континуума. Для феноменологического вывода уравнений магнитной гидродинамики можно воспользоваться законами сохранения массы, импульса и энергии в интегральном виде как для разрывных, так и для непрерывных функций, как это обычно делается в гидроаэромеханике. Отличие состоит только в том, что в закон сохранения импульса необходимо добавить массовую силу электромагнитного происхождения, а в закон сохранения энергии – выделение тепла за счет протекания электрического тока, обычно называемое джоулевым теплом. При этом для массовой силы обычно выполняется неравенство |r_еЕ| j×B|, поскольку плотность электрического заряда в силу квазинейтральности очень мала, хотя и не равна точно нулю. Таким образом в магнитной гидродинамике часть силы, связанная с электрическим полем, очень мала и ею можно пренебречь.

Уравнения гидроаэромеханики для электропроводных жидкостей и газов.

Можно выписать основные уравнения гидрофэромеханики для электропроводных жидкостей и газов в присутствии электрического и магнитного полей. Уравнение неразрывности имеет тот же вид, что и в гидроаэромеханике, а именно

Однако в этом уравнении массовая плотность r и средняя скорость V определяются по формулам

Здесь m₂₂₆ – масса частицы сорта a (суммирование происходит по всем сортам частиц).

Закон сохранения импульса в дифференциальной форме принимает вид (электрической силой можно пренебречь)

где последний член справа представляет собой массовую силу, связанную с протеканием электрического тока через проводящую среду, силы вязкости записаны в упрощенном виде для несжимаемой жидкости. Это уравнение в гидроаэромеханике обычно называется уравнением движения.

Уравнение притока тепла, которое получается из закона сохранения энергии, в рассматриваемом случае электропроводной жидкости или газа имеет вид

Здесь предполагается, что вектор потока тепла q определяется законом Фурье, температуры всех компонент одинаковы и добавлен последний член справа, связанный с выделением тепла вследствие протекания электрических токов. Через V_iобозначены компоненты вектора скорости.

Выписанные выше уравнения неразрывности, движения и притока тепла вместе с уравнением состояния для идеального газа и законом Фурье для вектора потока тепла соответственно

p = rRT, q = –lСT

была бы замкнутой системой для определения плотности r, скорости V, давления р и температуры Т, если бы были известны величины, связанные с электромагнитным полем E, B и j. Однако протекание электрического тока по проводнику создает собственное магнитное поле, которое, вообще говоря, изменяет поле, приложенное извне. Это означает, что величины Е, В и j в общем случае заранее не известны, а, следовательно, написанная система уравнений не является замкнутой. Физически это означает, что есть взаимное влияние электромагнитного поля на движение электропроводных жидкостей или газов также как и движения среды на электромагнитное поле. Чтобы замкнуть систему уравнений, нужно добавить уравнения электродинамики.

Уравнения Максвелла и обобщенный закон Ома.

Уравнения

div B = 0, div E = 4pr_e,

выражающие собой отсутствие магнитных зарядов и возникновение электрического поля вследствие присутствия электрических зарядов соответственно, были известны задолго до опытов Фарадея (1831), установившего связь между электрическим и магнитным полями (законы индукции Фарадея). В своих опытах Фарадей установил, что при протекании по проводнику с площадью поперечного сечения S электрического тока (см. Рис.1) Возникает циркуляция вектора индукции магнитного поля по контуру С, ограничивающему площадь S, а изменение со временем потока магнитного поля через площадь S создает в контуре С циркуляцию вектора напряженности электрического поля. В интегральной форме результаты этих опытов можно записать соответственно в виде

Здесь dl – элемент дуги вдоль контура С, а n – вектор нормали к поверхности S (конечно, во времена Фарадея еще не было векторного анализа, который позволяет записать эти соотношения в компактной векторной форме). Если подынтегральные функции в последних соотношениях непрерывны, то после перехода от контурных интегралов к поверхностным и приравнивания подынтегральных выражений, можно получить дифференциальные уравнения, определяющие законы индукции Фарадея для электромагнитных величин, в виде

где оператор rot, примененный к произвольному вектору А, в декартовой системе координат имеет проекции на оси Ox, Oy и Oz соответственно

При написании этих уравнений использовалась гауссовская система единиц измерения электромагнитных величин, в которой имеют место следующие размерности

[E] = [В] = [г^1/2см^–1/2сек^–1], [j] = [г^1/2см^–1/2сек^–2].

Более чем через тридцать лет после открытия законов индукции Фарадеем великий английский ученый Дж.Максвелл заметил противоречие в этих законах. А именно, из первого уравнения следует (в векторном анализе есть тождество div (rot) є 0), что

div j = 0.

Используя уравнение неразрывности для каждой компоненты

справедливое при отсутствии химических реакций между компонентами, умножая это уравнение на заряд е_a, суммируя по a и пользуясь определениями r_е и j, можно получить

Сравнивая два последних уравнения для плотности тока j, можно видеть, что они противоречивы, и это привело Максвелла к идее исправить законы индукции Фарадея и записать их в виде

Из первого уравнения с использованием уравнения divE = 4pr_e легко показать, что противоречие в законах индукции Фарадея устраняется. Введенный в первое уравнение Максвеллом член ¶Е/¶t получил название тока смещения (в отличие от первого члена справа, названного током проводимости). Эти уравнения получили название уравнений Максвелла.

Следует заметить, что ток смещения в проводниках обычно очень мал по сравнению с током проводимости и именно это обстоятельство привело к тому, что Фарадей не смог обнаружить их в опытах, а поэтому и не включил его в свои законы индукции. Однако введение тока смещения предсказало возможность распространения электромагнитных волн в ваакуме (при j = 0 из последних уравнений легко получить волновое уравнение для B или Е), что привело к революционному перевороту, связанному с передачей информации на большие расстояния.

Можно показать, что в электропроводных жидкостях или газах токи смещения очень малы. Поэтому в магнитной гидродинамике ими можно пренебречь, а к системе уравнений гидроаэромеханики добавляются более простые законы индукции Фарадея. Однако последние два уравнения не являются замкнутой системой уравнений для векторов Е и В, если плотность тока j не связать с этими векторами. Как известно из электротехники, в неподвижных проводниках имеет место закон Ома

j = sE,

т.е. плотность тока пропорциональна напряженности электрического поля (s – электропроводность среды). В классической магнитной гидродинамике, основанной лауреатом Нобелевской премии, шведским физиком и астрофизиком Х. Альфвеном, для замыкания системы уравнений магнитной гидродинамики выводится обобщенный закон Ома для подвижных проводников.

В системе координат, движущейся с элементом электропроводной жидкости со скоростью V, закон Ома имеет тот же вид, что и для неподвижных проводников

j¹⁸¹ = sE¹⁸¹,

где штрихи означают соответствующий вектор в системе координат, движущейся со скоростью V. При условии, что скорость этой системы координат нерелятивистская (много меньше скорости света) и при условии квазинейтральности, преобразования Лоренца для электромагнитных величин имеют вид

Подставив эти соотношения в последнее уравнение, можно получить обобщенный закон Ома в форме

В результате система уравнений, состоящая из уравнения неразрывности, движения, притока тепла, уравнения состояния, закона Фурье, законов индукции Фарадея, обобщенного закона Ома и уравнений для вектора индукции магнитного поля divВ = 0, становится замкнутой системой дифференциальных уравнений магнитной гидродинамики для определения r, V, p, T, E, B и j. Интересно, что при использовании обобщенного закона Ома последний член в правой части уравнения притока тепла принимает вид j² / s, который хорошо известен в электротехнике для неподвижных проводников как выделение джоулева тепла.

Плотность заряда r_е входит только в уравнение divE = 4pr_e. Это означает, что в замкнутую систему уравнений магнитной гидродинамики это уравнение не входит, поскольку из него отдельно можно определить распределение плотности заряда после определения всехостальных магнитогидродинамических параметров. Именно в этом смысле нужно понимать понятие квазинейтральности, при которой, вообще говоря, r_е№ 0, хотя члены с плотностью заряда, входящие в другие уравнения магнитной гидродинамики, пренебрежимо малы.

Уравнение индукции магнитного поля. Магнитное число Рейнольдса.

Система уравнений магнитной гидродинамики может быть упрощена,если исключить из нее плотность тока j и вектор напряженности электрического поля Е при помощи законов индукции Фарадея. Кроме того, взяв операцию «rot» от обобщенного закона Ома, воспользовавшись векторным тождеством «rot(rot) = Сdiv – D» и уравнением div B = 0, при постоянной электропроводности s можно получить уравнение

которое называется уравнением индукции магнитного поля. Вместе с уравнением неразрывности, уравнением движения, записанным в форме

уравнением притока тепла в виде

а также уравнением состояния, законом Фурье (q = –lСT) и уравнением div B = 0 они представляют собой замкнутую систему уравнений магнитной гидродинамики для определения r, V, р, Т и В. Эти уравнения учитывают диссипативные процессы, связанные с вязкостью, теплопроводностью и выделением тепла из-за протекания электрических токов.

Уравнение индукции магнитного поля имеет очень важную интерпретацию в магнитной гидродинамике. Действительно, отношение по порядку величины второго члена в правой стороне этого уравнения к первому равно

Здесь V – некоторая характерная скорость задачи (например, скорость невозмущенного потока, набегающего на обтекаемое тело), а L – характерный размер (например, размер обтекаемого тела). Величина n_m называется магнитной вязкостью. Число Re_m внешне похоже на число Рейнольдса в классической гидроаэромеханике (только вместо кинематической вязкости жидкости n = m /r в рассматриваемом случае в знаменателе стоит магнитная вязкость) и играет такую же важную роль как и число Рейнольдса в гидроаэромеханике.

Предельные случаи:

(а) Re_m >>1 и (б) Re_m

В первом случае очень больших магнитных чисел Рейнольдса уравнение индукции магнитного поля можно записать в форме

в которой пренебречь последним членом полного уравнения, представляющим собой диссипацию энергии вследствие протекания электрических токов. Из последнего уравнения видно, что движение электропроводных жидкостей и газов в случае (а) сильно влияет на распределение магнитного поля, а, следовательно, и на распределение всех остальных электродинамических величин. Кроме того, есть теорема, что поток соленоидального вектора, которым является магнитное поле (div B = 0), через некоторую поверхность S в жидкости, ограниченную жидким контуром С, остается со временем постоянным. Физически это означает, что никакая силовая линия магнитного поля во время движенния не может покинуть поверхность S через контур С. Это свойство электропроводных жидкостей и газов в случае (а) называется условием «вмороженности» магнитных силовых линий в электропроводную среду. В гидроаэромеханике аналогом являются вихревые линии, которые при некоторых условиях могут быть «вморожены» в жидкость (одна из теорем Гельмгольца о вихрях). Случай (а) чаще всего осуществляется в различных физических проблемах, встречающихся в условиях космического пространства. Это связано с тем, что обычно в этих условиях характерные размеры L приводят к очень большим значениям магнитного числа Рейнольдса.

В качестве примера приведем обтекание магнитосферы Земли солнечным ветром. Скорость солнечного ветра в районе орбиты Земли равна, в среднем, V ~ 4·10⁷см/сек, характерный размер обтекаемой магнитосферы L ~ 10R_E ~ 6,4·10⁹ см (R_E – радиус Земли), n _m ~ 10⁶ см²/сек, т. е. Re_m~ 10¹¹>>1. Таким образом, при обтекании Земли солнечным ветром осуществляется случай (а), т.е., в силу принципа «вмороженности», солнечный ветер не может проникнуть в магнитосферу Земли, а обтекает ее, поджимая магнитосферу с подветренной стороны и вытягивая ее в хвостовой части, как показано на рис. 2. На этом рисунке область «1» представляет собой невозмущенный солнечный ветер, Г – головная ударная волна, М – так называемая магнитопауза, отделяющая солнечный ветер за головной ударной волной от магнитосферы Земли, А – точка торможения солнечного ветра, в которой скорость равна нулю, область «2» заполнена солнечным ветром, параметры которого за ударной волной отличаются от параметров в области «1», область «3» – магнитосфера Земли, куда не проникает солнечный ветер. Исследования с помощью космических аппаратов обнаружили, что хвост магнитосферы Земли может вытягиваться вплоть до орбиты Луны.

В случае (б) уравнение индукции имеет вид

Из этого уравнения видно, что движение электропроводных жидкостей и газов не влияет на магнитное поле, а, следовательно, и на другие электродинамические величины. В этом случае малых магнитных чисел Рейнольдса, который обычно встречается в лабораторных условиях из-за небольших электропроводностей и малых характерных масштабов рассматриваемых проблем, электрическое и магнитное поля можно считать заданными величинами и не рассматривать законы индукции Фарадея. Математическая задача решения таких проблем, к которым относятся плазменные ускорители, магнитогидродинамические генераторы энергии, электромагнитные насосы для перекачки жидких металлов и т.п., существенно упрощается.

В качестве примера рассмотрим основной принцип устройства магнитогидродинамического генератора. По каналу, например, прямоугольного сечения вдоль оси Оx пропускается электропроводная жидкость со скоростью U в магнитном поле B, направленном вдоль оси Oz, перпендикулярной плоскости чертежа (см. рис. 3). Тогда, в силу обобщенного закона Ома, перпендикулярно скорости течения и магнитному полю (эффективное электрическое поле равно 1/c V ґ B) вдоль оси Oy потечет электрический ток. Если бы стенки канала 1 и 2 были диэлектриками, то возникло бы электрическое поле Е, которое привело бы к запиранию тока (Е = –1/c V ґ B, т.е. j = 0). Однако, если 1 и 2 являются электродами, то по показанной на рис. 3 замкнутой электрической цепи потечет ток, который может быть измерен амперметром А. На таком принципе и устроены магнитогидродинамические генераторы. При этом массовая сила в уравнении движения, пропорциональная векторному произведению j ґ B, направлена противоположно скорости и будет тормозить поток.

Можно видеть, что при внешнем воздействии электрического поля, перпендикулярного внешнему приложенному магнитному полю, можно добиться, чтобы сила 1/c j ґ B действовала вдоль направления скорости. На таком принципе основаны плазменные ускорители.

Уравнения идеальной магнитной гидродинамики.

Если в уравнениях магнитной гидродинамики пренебречь диссипативными процессами (вязкостью, теплопроводностью и джоулевыми потерями), то можно получить систему уравнений идеальной магнитной гидродинамики. Замкнутая система таких уравнений имеет вид:

– уравнение неразрывности,

– уравнение движения,

– адиабатический закон,

– уравнение индукции магнитного поля,

– условие замкнутости магнитных силовых линий или их бесконечности (условие отсутствия магнитных зарядов).

Здесь, как и в гидпроаэромеханике, введена полная производная по времени, которая в декартовой системе координат будет иметь вид

где u, n и w – компоненты скорости вдоль осей Ox, Oy и Oz соответственно.

Эта система уравнений служит для определения r, V, p и B. На ее основе можно найти скорость распространения малых возмущений. В гидроаэромеханике известно, что скорость распространения малых возмущений в идеальном газе равна скорости звука a₀, определяемой формулой

где индекс «0» здесь и ниже относится к невозмущенным параметрам газа, g = с_p/c_v – показатель адиабаты, c_p, c_v – удельные теплоемкости при постоянном давлении и объеме соответственно, R = c_p – c_v – газовая постоянная.

При наличии магнитного поля в идеальном электропроводном газе можно показать, что малые возмущения могут распространятся по газу с тремя возможными скоростями: с быстрой магнитозвуковой скоростью, медленной и альфвеновской, которые определяются соответственно

и

В этих формулах система координат выбрана таким образом, что малые возмущения распространяются вдоль оси Ox. Те же величины с обратным знаком определяют скорости волн, распространяющихся в отрицательную сторону оси Ox. Из этих выражений видно, что в отсутствие магнитного поля (при В = 0) остается только скорость звука в гидроаэромеханике. В общем случае альфвеновская скорость по величине лежит между быстрой и медленной магнитозвуковыми скоростями. Наличие трех скоростей распространения малых возмущений допускает в магнитной гидродинамике решение, связанное со сверхзвуковым обтеканием тел, при котором образуются головные ударные волны, направленные вверх по потоку (см. рис. 4), что невозможно в гидроаэромеханике. Однако присутствие таких ударных волн пока в природе не обнаружено.

Физический смысл альфвеновской скорости легко понять на примере несжимаемой жидкости (r = const), для которой уравнение неразрывности имеет вид

div V = 0.

В этом случае для одномерных нестационарных течений (зависящих только от координаты x и времени t) уравнения движения и магнитной индукции для идеальной жидкости можно свести к двум уравнениям

где введены векторы магнитной индукции B_i и скорости V_i , перпендикулярные оси Ox, т.е. они имеют компоненты (B_y, B_z) и (v, w) соответственно. Из двух последних уравнений легко получить волновое уравнение либо для B_i , либо для V_i (B_x0 = const, u = 0). Например, для B_i имеем

Общее решение этого волнового уравнения записывается в виде

Аналогичное решение получается и для V_i . Видно, что решением магнитогидродинамических уравнений для идеальной и несжимаемой жидкости являются волны, которые могут распространяться в обе стороны оси Ox со скоростью V_A. Такие волны называются волнами Альфвена. Они являются поперечными волнами в том смысле, что распространяются вдоль оси Ox, но колебания скорости и магнитного поля испытывают только их поперечные компоненты. Альфвеновские волны встречаются в природе, например, они часто наблюдаются с помощью космических аппаратов в межпланетной среде, как ее малые возмущения, хотя для несжимаемой жидкости решения для таких волн, выписанные выше, получены без предположения о малости их амплитуды.

Течение Гартмана.

Уравнения магнитной гидродинамики имеют решение, описывающее течение вязкой электропроводной несжимаемой жидкости в канале при наличии поперечного магнитного поля. Такое течение является обобщением течения Пуазейля в обычной гидроаэромеханике и называется течением Гартмана.

Пусть есть течение в плоском канале прямоугольного сечения, в котором расстояние между стенками, параллельными плоскости Oxz (рис. 5), много меньше расстояния между стенками, параллельными плоскости Oyz. Канал предполагается бесконечным вдоль оси Oz, скорость имеет только одну компоненту w, направленную вдоль этой оси, а наложенное на течение постоянное магнитное поле направлено вдоль оси Oy. Жидкость движется в канале под действием постоянного перепада давления P = –¶p/¶z.

При такой постановке задачи фактически рассматривается течение, при котором в стационарном случае скорость жидкости, в силу эффектов вязкости, зависит только от координаты y. Если боковые стенки канала – электроды, то, как видно из рассмотрения принципиальной схемы магнитогидродинамического генератора, вдоль оси Ox, перпендикулярной плоскости течения, потечет электрический ток. При этом появляется индуцированное магнитное поле с компонентой B_z, зависящей также только от координаты y, в отличие от постоянного приложенного магнитного поля, направленного вдоль оси Oy. Уравнение движения в этом случае имеет вид

а уравнение индукции магнитного поля –

В качестве граничных условий используются условия прилипания жидкости на стенках канала и равенство них нулю индуцированной компоненты магнитного поля, т.е.

w = 0, B_z = 0 при y = ± a.

При этих граничных условиях можно получить точное решение

где w₀ – максимальная скорость потока в центре канала (при y = 0), которая, конечно, зависит от перепада давления Р, а величина d определяется формулой и определяет так называемое число Гартмана . Физически квадрат числа Гартмана по порядку величины определяет отношение электромагнитной силы к1/c jґB к= к1/c²s VґBкк силам вязкости кmDV к. Чем меньше число Гартмана, т.е. чем меньше электромагнитная сила, тем больше приведенный выше профиль скорости должен приближаться к параболическому профилю течения Пуазейля. Действительно, легко показать, что предел для полученной скорости течения w при наличии поперечного магнитного поля при На ® 0 равен

w = w₀ (1 – y²/a²),

т.е. в предельном случае получается профиль Пуазейля для плоского канала. Очевидно, что из-за тормозящей силы, связанной с магнитным полем, расход жидкости через канал в единицу времени при одинаковом перепаде давления Р будет меньше, чем при течении Пуазейля. Кроме того, в магнитном поле профиль скорости становится более плоским: у стенок градиент скорости возрастает, а вблизи центра канала уменьшается. Первое обстоятельство приводит к увеличению сопротивления канала течению жидкости из-за вязкого трения.

Области применения сравнительно молодой науки магнитной гидродинамики обширны. Особую роль магнитная гидродинамика играет в астрофизике, поскольку Вселенная на 90% состоит из ионизованного газа, находящегося в электромагнитном поле. Примеры магнитогидродинамических генераторов энергии, плазменных ускорителей, насосов для перекачки жидких металлов, проблем, связанных с управляемыми термоядерными реакциями, и т. п. указывают на то, что основы МГД важны и в земных условиях.

Тем не менее эта наука непрерывно развивается, поскольку в своей классической формеона имеет много ограничений, которые приводят к невозможности ее использования во многих задачах, связанных с движением электропроводных сред. Интересно, что создатель магнитной гидродинамики Х. Альфвен, получивший за это Нобелевскую премию, резко раскритиковал свое детище в торжественной Нобелевской речи. Он отметил, что в природе часто случаются ситуации, в которых электрическое поле имеет компоненту вдоль магнитного поля, что противоречит разобранному выше условию «вмороженности» магнитного поля в жидкость. Кроме того, в условиях космоса часто бывает неизвестным выбор характерного размера задачи, который входит в определение важного в теории магнитного числа Рейнольдса.

Классическая магнитная гидродинамика не учитывает важные эффекты вращения заряженных частиц в магнитном поле. Такое вращение приводит к образованию токов Холла, не учитываемых в приведенной форме обобщенного закона Ома, к анизотропии вязкости и теплопроводности (коэффициенты m и l различны вдоль магнитного поля и в поперечном к нему направлении) и к другим эффектам. Эти эффекты не являются обычно существенными в плотных газах, характерных для земных условий, но очень важны в разреженных средах, наиболее часто встречающихся в астрофизических приложениях.

Владимир Баранов

ГЕНЕРАТОР НА СВЕРХПРОВОДИМОСТИ | Наука и жизнь

Устройства для получения эдс (А) и создания вращающего момента (Б).

‹

›

Сверхпроводящие материалы применяются в мощных магнитах ускорителей заряженных частиц, в цепях питания промышленных электрических печей, потребляющих токи силой в десятки килоампер, и в аппаратуре, работающей на принципе ядерного магнитного резонанса.

В мае прошлого года Федеральный институт промышленной собственности принял решение о выдаче патентов на два изобретения - "Диамагнитно-тепловой способ генерирования переменной эдс" и "Диамагнитно-тепловой способ получения вращающего момента" российскому изобретателю В. С. Киселеву. Оба способа основаны на перемещении магнитного потока, проходящего через проводящую зону, созданную в сверхпроводящем статоре.

На пластине сверхпроводящего материала, помещенного в зазор магнита, тепловым лучом (например, светом инфракрасного лазера) создается "пятно", нагретое до температуры выше температуры сверхпроводящего перехода. Сверхпроводник обладает свойствами диамагнетика - он выталкивает магнитное поле в зону нормальной проводимости. Когда "теплое" пятно перемещается по сверхпроводнику, за ним следует и магнитный поток. Он пересекает витки обмотки, охватывающие магнит. В обмотке будет наведена эдс и появится электрический ток. Устройство станет работать как генератор (А).

Кроме того, вокруг зоны сверхпроводимости возникает круговой ток. Его магнитное поле взаимодействует с полем магнита, создавая вращающий момент. И если магнит укрепить на вертикальной оси, он начнет поворачиваться под действием этого момента, следуя за движением сверхпроводящего пятна. Устройство будет работать как двигатель (Б).

Поскольку переход ряда материалов из нормального состояния в сверхпроводящее происходит "скачком", при разнице температур в 0,001 градуса, мощность нагревателя может быть чрезвычайно мала, а скорость перемещения пятна велика. Кроме того, устройства на основе запатентованных способов не имеют движущихся частей и поэтому будут работать надежно, эффективно и экономично.

Теплогенератор Грицкевича — Альтернативный взгляд Salik.biz

Олег Грицкевич, советский инженер и изобретатель, начал свою деятельность на Дальнем Востоке, окончив одноимённый политехнический институт. Поднабрав определённый опыт в энергетике, он сконструировал и запатентовал в 1988 году своё изобретение – электростатический плазмогенератор, как он сам его называл.

Технически, гидрогенератор состоит из кольцевого канала типа «бублик», в котором по кругу гоняется вода, тормозится и завихряется и всё это в магнитном поле.

- Salik.biz

Хотя нюансов конструкции Грицкевич не открывал, но принцип работы он объяснил так: молекула воды имеет пространственную форму в виде пирамиды. Работа аппарата состоит в том, чтобы разрушить молекулярную решётку на какое-то время. Далее атомы опять слипаются в молекулу воды с выделением энергии. Такую энергию Грицкевич назвал «атомной».

Другие конструкторы подобных аппаратов не разделяют это мнение. Некоторые считают, что энергия берётся из вакуума, некоторые – из гравитационного поля Земли, ещё одни – из кавитационных процессов.

О. В. Грицкевич.

В интервью А и Ф, доктор физико-математических наук А. Е. Акимов, рассказывает, что эта машина не является устройством с «закрытой» схемой. В ней осуществляется приток энергии извне, и КПД такого агрегата вполне может превышать 100%. Беда только в том, что на выходе получается не электричество, а тепло (нагрев воды). Если преобразовать часть тепла обратно в электричество, для того, чтобы замкнуть контур – КПД сильно падает и «вечный двигатель» получить невозможно.

Кроме того, в каждой установке параметры получаются разные. Почему? Неизвестно, теоретической базы нет.

Схема МГД генератора. ntpo.com... 1- корпус. 2, 8 - дистиллированная вода. 3, 7 - сегнотоэлектрик. 4 - электроды. 5 - обмотки возбуждения. 6 - камера стабилизации.

 Что касается генератора Грицкевича, то он декларировал такие параметры –

• без техобслуживания 25-30 лет,
• достаточно маленький размер, можно разместить даже в машине,
• стоимость – дешевле ТЭЦ в 20 раз, стоимость постройки – 100 долларов на каждый киловатт,
• КПД – до 700%.

Изобретатель говорил, что действующий гидрогенератор снабжал населённый пункт в Армении несколько лет, но во время военного конфликта был растащен и исчез.

Сам Грицкевич со своей командой эмигрировал в США в 1991 году, посчитав, что его изобретение никого в России не интересует.

Учёный уехал, а вопросы остались:

• А почему его до сих пор не слышно и не видно в США? Что, американцы тоже ничего не понимают?
• А почему корейцы, построившие такое устройство по патенту пишут, что К П Д не превышает 85 %?
• А почему никто из деловых людей не заинтересовался изобретением? Ведь можно было озолотиться! Вложения вроде бы небольшие при таком КПД?
• А почему нигде не опубликованы результаты измерений и параметров установки?
• А почему Грицкевич уже строит такие планы, как глобальная транспортная сеть, определяет её стоимость, говорит даже о «бетоне Грицкевича» для постройки этих коммуникаций. Он даже критикует Курчатова! – неправильно придумал токамак!
• А как доказать, что армянский генератор работал?

В общем, занимается говорильней, а не продвижением в серию своего изобретения. Создаётся впечатление, что где-то, как-то, что-то не стыкуется, поэтому стоит в этом ещё разбираться.

устройство, принцип работы и назначение — VkMP

Содержание статьи:

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.

Вам будет интересно:Пескоструй стекла: описание обработки стекла, оборудование, применение, фото

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.

Вам будет интересно:Устройство трамвая: конструкция и основные узлы. Управление трамваем

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.

Вам будет интересно:Вред поливинилхлорида для здоровья человека: миф или реальность

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.

Вам будет интересно:Самолет ATR 72-500 для ближних маршрутов

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.

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

• Термоядерные электростанции. В них применяется безнейтронный цикл с МГД-генератором. В качестве топлива принято использовать плазму на высоких температурах.
• Тепловые электростанции. Используется открытый тип цикла, а сами установки по конструктивным особенностям являются достаточно простыми. Именно этот вариант все еще имеет перспективы к развитию.
• 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.

Источник

Магнитогидродинамический МГД Производство электроэнергии

Магнитогидродинамическое производство энергии обеспечивает способ производства электроэнергии непосредственно из быстро движущегося потока ионизированных газов без необходимости в каких-либо движущихся механических частях - без турбин и без вращающихся генераторов.Несколько проектов MHD были начаты в 1960-х годах, но преодоление технических проблем создания практической системы оказалось очень дорогостоящим. В результате интерес уменьшился в пользу ядерной энергетики, которая с тех пор казалась более привлекательным вариантом.

Электроэнергетика MHD была также изучена как метод извлечения электроэнергии из ядерных реакторов, а также из более традиционных систем сжигания топлива

Принцип работы

МГД-генератор можно рассматривать как гидродинамо-машину.Это похоже на механическую динамо-машину, в которой движение металлического проводника через магнитное поле создает ток в проводнике, за исключением того, что в МГД-генераторе металлический проводник заменяется проводящей газовой плазмой.

Когда проводник движется через магнитное поле, он создает электрическое поле, перпендикулярное магнитному полю и направлению движения проводника. Это принцип, открытый Майклом Фарадеем, в основе обычного роторного генератора электроэнергии.Голландский физик Антун Лоренц представил математическую теорию для количественной оценки его эффектов.

Поток (движение) проводящей плазмы через магнитное поле вызывает образование напряжения (и связанный с ним ток) через плазму перпендикулярно как потоку плазмы, так и магнитному полю в соответствии с правилом правой руки Флеминга

Закон Лоренца, описывающий эффекты движения заряженной частицы в постоянном магнитном поле, можно сформулировать как

F = QvB

где

F - сила, действующая на заряженную частицу

Q - заряд частицы

v - скорость частицы

B - магнитное поле

Система MHD

МГД-генератору требуется источник высокотемпературного газа, которым может быть теплоноситель ядерного реактора или, что более вероятно, высокотемпературные газы сгорания, образующиеся при сжигании ископаемого топлива, включая уголь, в камере сгорания.На схеме ниже показаны возможные компоненты системы.

Расширяющееся сопло снижает давление газа и, следовательно, увеличивает скорость плазмы (закон Бернулли) через канал генератора для увеличения выходной мощности (см. «Мощность» ниже). К сожалению, в то же время падение давления вызывает падение температуры плазмы (закон Гей-Люссака), что также увеличивает сопротивление плазмы, поэтому необходимо найти компромисс между Бернулли и Гей-Люссаком.

Тепло выхлопных газов рабочего тела используется для приведения в действие компрессора для увеличения скорости сгорания топлива, но большая часть тепла будет потрачена впустую, если его нельзя использовать в другом процессе.

• Плазма

Основным требованием к системе МГД является создание и управление плазмой проводящего газа, поскольку система зависит от плазмы, обладающей высокой электропроводностью. Плазму можно сравнить с четвертым состоянием вещества после твердого, жидкого и газообразного состояний, в котором атомы или молекулы лишены своих электронов, оставляя положительно заряженные ионы.Подходящие рабочие жидкости - это газы, образующиеся при горении, благородные газы и пары щелочных металлов.

Газовая плазма Для достижения высокой проводимости газ необходимо ионизировать путем отделения электронов от атомов или молекул, покидающих положительно заряженную плазму. Плазма течет через магнитное поле с высокой скоростью, в некоторых конструкциях, большей, чем скорость звука, поток положительно заряженных частиц обеспечивает движущийся электрический проводник, необходимый для индукции тока во внешней электрической цепи.. Способы ионизации газа Доступны различные методы ионизации газа, все из которых зависят от передачи газу достаточной энергии. Это может быть выполнено путем нагрева или облучения газа рентгеновскими или гамма-лучами. Также было предложено использовать охлаждающие газы, такие как гелий и диоксид углерода, используемые в некоторых ядерных реакторах, в качестве плазменного топлива для прямого генерирования МГД электроэнергии, а не извлекать тепловую энергию газа через теплообменники для повышения пара для привода турбинных генераторов.Затравочные материалы, такие как карбонат калия или цезий, часто добавляют в небольших количествах, обычно около 1% от общего массового потока, чтобы увеличить ионизацию и улучшить проводимость, особенно плазмы горючего газа. Изолятор Поскольку температура плазмы обычно превышает 1000 ° C, канал, содержащий плазму, должен быть изготовлен из непроводящих материалов, способных выдерживать такие высокие температуры.Электроды, конечно, должны быть токопроводящими, а также термостойкими. Примечание: Плазма, используемая в термоядерных реакторах, имеет другое назначение и работает при гораздо более высоких температурах.

Обратите внимание, что 90% проводимости может быть достигнуто при довольно низкой степени ионизации всего около 1%. (Обратите внимание также на логарифмическую шкалу)

• Ток Фарадея

Мощный электромагнит создает магнитное поле, через которое протекает плазма, и перпендикулярно этому полю установлены два электрода на противоположных сторонах плазмы, на которых генерируется электрическое выходное напряжение.Ток, протекающий через плазму между этими электродами, называется током Фарадея. Это обеспечивает основную электрическую мощность генератора МГД.

• Ток эффекта Холла

Очень высокий выходной ток Фарадея, который протекает через плазменный канал в нагрузку, сам реагирует с приложенным магнитным полем, создавая ток эффекта Холла, перпендикулярный току Фарадея, другими словами, ток вдоль оси плазмы, что приводит к потере энергия.Общий генерируемый ток будет векторной суммой поперечной (Фарадея) и аксиальной (эффект Холла) составляющих тока. Если его не уловить каким-либо образом, ток эффекта Холла будет представлять собой потерю энергии.

Были разработаны различные конфигурации электродов для улавливания как составляющих тока Фарадея, так и эффекта Холла, чтобы повысить общую эффективность МГД-преобразования.

Один из таких методов состоит в том, чтобы разделить пару электродов на серию сегментов, физически расположенных бок о бок (параллельно), но изолированных друг от друга, с последовательным соединением сегментированных пар электродов для достижения более высокого напряжения, но с более низким током.Вместо того, чтобы электроды располагались прямо напротив друг друга, перпендикулярно потоку плазмы, они наклонены под небольшим углом от перпендикуляра, чтобы соответствовать векторной сумме токов эффекта Фарадея и Холла, как показано на диаграмме ниже, что позволяет максимальная энергия, извлекаемая из плазмы.

• Выходная мощность

Выходная мощность пропорциональна площади поперечного сечения и скорости потока ионизированной плазмы.Проводящее вещество также охлаждается и замедляется в этом процессе. МГД-генераторы обычно снижают температуру проводящего вещества с температуры плазмы до чуть более 1000 ° C.

МГД-генератор вырабатывает на выходе постоянный ток, для которого требуется дорогостоящий инвертор большой мощности для преобразования выходной мощности в переменный ток для подключения к сети.

• КПД

Типичный КПД МГД-генераторов составляет от 10 до 20 процентов, в основном из-за потерь тепла через высокотемпературный выхлоп.

Это ограничивает потенциальные возможности применения MHD в качестве автономного устройства, но они изначально были разработаны для использования в сочетании с другими преобразователями энергии в гибридных приложениях, где выходящие газы (пламя) используются в качестве источника энергии для повышения пара в паротурбинной установке. . При таких схемах возможна общая эффективность установки 65%.

• Опыт

Демонстрационные станции мощностью 50 МВт и более были построены в нескольких странах, но МГД-генераторы дороги.Типичное использование может быть в приложениях для снижения пиковых нагрузок, но они менее эффективны, чем газовые турбины с комбинированным циклом, что означает, что имеется очень мало установок, и MHD в настоящее время не рассматривается для массового коммерческого производства электроэнергии.

Вернуться к Обзор электроснабжения

Магнитогидродинамический Википедия

Исследование магнитных свойств электропроводных жидкостей

Солнце - это МГД-система, которая не совсем понятна.

Магнитогидродинамика ( MHD ; также магнитогидродинамика или гидромагнетизм ) - это исследование магнитных свойств и поведения электропроводящих жидкостей. Примеры таких магнитожидкостей включают плазму, жидкие металлы, соленую воду и электролиты. Слово «магнитогидродинамика» происходит от magneto- , что означает магнитное поле, hydro- означает воду и dynamic, означает движение. Область МГД была начата Ханнесом Альфвеном, ^[1] , за что он получил Нобелевскую премию по физике в 1970 году.

Фундаментальная концепция МГД заключается в том, что магнитные поля могут индуцировать токи в движущейся проводящей жидкости, которая, в свою очередь, поляризует жидкость и взаимно изменяет само магнитное поле. Система уравнений, описывающих МГД, представляет собой комбинацию уравнений гидродинамики Навье – Стокса и уравнений электромагнетизма Максвелла. Эти дифференциальные уравнения необходимо решать одновременно аналитически или численно.

История []

Первое зарегистрированное использование слова магнитогидродинамика принадлежит Ханнесу Альфвену в 1942 году:

Наконец, сделаны несколько замечаний о передаче импульса от Солнца к планетам, которая является фундаментальной для теории (§11).Отмечается важность магнитогидродинамических волн в этом отношении. ^[2]

Соленая вода, текущая мимо лондонского моста Ватерлоо, взаимодействует с магнитным полем Земли, создавая разность потенциалов между двумя берегами реки. Майкл Фарадей назвал этот эффект «магнитоэлектрической индукцией» и попытался провести этот эксперимент в 1832 году, но ток был слишком мал, чтобы измерить его с помощью оборудования в то время, ^[3] , и русло реки способствовало короткому замыканию сигнала.Однако аналогичным способом в 1851 году было измерено напряжение, вызванное приливом в Ла-Манше. ^[4]

Идеальный и резистивный МГД []

МГД-моделирование солнечного ветра

Простейшая форма МГД, Идеальная МГД, предполагает, что жидкость имеет настолько низкое удельное сопротивление, что ее можно рассматривать как идеальный проводник. Это предел бесконечного магнитного числа Рейнольдса. В идеальной МГД закон Ленца гласит, что жидкость в некотором смысле связана с линиями магнитного поля .Чтобы объяснить, что в идеальной МГД небольшой веревочный объем жидкости, окружающий силовую линию, будет продолжать лежать вдоль силовой линии магнитного поля, даже если он скручен и искажен потоками жидкости в системе. Иногда это называют «замораживанием» силовых линий магнитного поля в жидкости. ^[5] Связь между силовыми линиями магнитного поля и жидкостью в идеальной МГД фиксирует топологию магнитного поля в жидкости - например, если набор силовых линий магнитного поля связан в узел, то они будут оставаться такими, пока жидкость / плазма имеет незначительное удельное сопротивление.Эта сложность повторного соединения силовых линий магнитного поля позволяет накапливать энергию, перемещая жидкость или источник магнитного поля. Затем энергия может стать доступной, если нарушатся условия для идеальной МГД, что приведет к магнитному пересоединению, которое высвобождает накопленную энергию из магнитного поля.

Уравнения идеальной МГД []

Магнитогидродинамическое моделирование потока, показывающее плотность магнитного потока

Уравнения идеальной МГД состоят из уравнения неразрывности, уравнения движения Коши, закона Ампера без учета тока смещения и уравнения эволюции температуры.Как и в случае любого описания жидкости для кинетической системы, приближение замыкания должно применяться к наивысшему моменту уравнения распределения частиц. Это часто достигается с помощью аппроксимации теплового потока через условие адиабатичности или изотермичности.

Основными величинами, характеризующими электропроводящую жидкость, являются объемное поле скорости плазмы v , плотность тока Дж , массовая плотность ρ и давление плазмы p. Текущий электрический заряд в плазме является источником магнитного поля B и электрического поля E .Все величины обычно меняются со временем t. Будут использоваться обозначения векторных операторов, в частности ∇ - градиент, ∇ ⋅ - дивергенция, а ∇ × - локон.

Уравнение неразрывности массы имеет вид

∂ρ∂t + ∇⋅ (ρv) = 0, {\ displaystyle {\ frac {\ partial \ rho} {\ partial t}} + \ nabla \ cdot \ left (\ rho \ mathbf {v} \ right) = 0.}

Уравнение импульса Коши имеет вид

ρ (∂∂t + v⋅∇) v = J × B − ∇p. {2}} {2 \ mu _ {0}}} \ right),}

, где первый член справа - это сила магнитного натяжения, а второй член - сила магнитного давления.

Идеальный закон Ома для плазмы определяется выражением

E + v × B = 0. {\ Displaystyle \ mathbf {E} + \ mathbf {v} \ times \ mathbf {B} = 0.}

Закон Фарадея

∂B∂t = −∇ × E. {\ Displaystyle {\ frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t}} = - \ nabla \ times \ mathbf {E}.}

низкочастотный закон Ампера не учитывает ток смещения и имеет вид

μ0J = ∇ × B. {\ Displaystyle \ mu _ {0} \ mathbf {J} = \ nabla \ times \ mathbf {B}.{\ gamma}}} \ right) = 0,}

, где γ = 5/3 - отношение теплоемкости для адиабатического уравнения состояния. Это уравнение энергии применимо только при отсутствии ударов или теплопроводности, поскольку предполагает, что энтропия жидкого элемента не изменяется.

Применимость идеальной МГД к плазме []

Ideal MHD строго применим только в следующих случаях:

1. Плазма является сильно столкновительной, поэтому временной масштаб столкновений короче, чем другие характерные времена в системе, и поэтому распределение частиц близко к максвелловскому.
2. Удельное сопротивление из-за этих столкновений невелико. В частности, типичные времена магнитной диффузии на любом масштабе, присутствующем в системе, должны быть больше, чем любой интересующий масштаб времени.
3. Интерес к масштабам длины намного больше, чем толщина ионного скин-слоя и ларморовский радиус, перпендикулярный полю, достаточно длинный вдоль поля, чтобы игнорировать затухание Ландау, и временные масштабы намного больше, чем время вращения иона (система плавная и медленно развивается).

Значение удельного сопротивления []

В жидкости с несовершенной проводимостью магнитное поле может обычно перемещаться через жидкость по закону диффузии, причем удельное сопротивление плазмы служит постоянной диффузии.Это означает, что решения идеальных уравнений МГД применимы только в течение ограниченного времени для области заданного размера, прежде чем диффузия станет слишком важной, чтобы ее можно было игнорировать. Можно оценить время диффузии через активную область Солнца (по удельному сопротивлению) от сотен до тысяч лет, что намного больше, чем фактическое время жизни солнечного пятна, поэтому было бы разумно игнорировать удельное сопротивление. Напротив, объем морской воды размером в метр имеет время магнитной диффузии, измеряемое в миллисекундах.

Даже в физических системах, которые являются достаточно большими и проводящими, что простые оценки числа Лундквиста позволяют предположить, что удельным сопротивлением можно пренебречь, удельное сопротивление все еще может быть важным: существует множество нестабильностей, которые могут увеличить эффективное удельное сопротивление плазмы в несколько раз. чем 10 ⁹ . Повышенное удельное сопротивление обычно является результатом образования мелкомасштабной структуры, такой как токовые слои или мелкомасштабная магнитная турбулентность, привносящих в систему небольшие пространственные масштабы, в которых нарушается идеальная МГД и магнитная диффузия может происходить быстро.Когда это происходит, в плазме может происходить магнитное пересоединение с высвобождением накопленной магнитной энергии в виде волн, объемного механического ускорения материала, ускорения частиц и тепла.

Магнитное пересоединение в системах с высокой проводимостью важно, потому что оно концентрирует энергию во времени и пространстве, так что мягкие силы, приложенные к плазме в течение длительных периодов времени, могут вызывать сильные взрывы и вспышки излучения.

Когда жидкость не может считаться полностью проводящей, но удовлетворяются другие условия идеальной МГД, можно использовать расширенную модель, называемую резистивной МГД.Это включает в себя дополнительный член в законе Ома, который моделирует ударное сопротивление. Как правило, компьютерное моделирование МГД является, по крайней мере, в некоторой степени резистивным, потому что их расчетная сетка вводит численное сопротивление.

Важность кинетических эффектов []

Еще одно ограничение МГД (и жидкостных теорий в целом) состоит в том, что они зависят от предположения, что плазма является сильно столкновительной (это первый критерий, перечисленный выше), так что временной масштаб столкновений короче, чем другие характерные времена в система, а распределения частиц - максвелловские.Обычно это не так в термоядерной плазме, космической и астрофизической плазме. Когда это не так или интерес представляют меньшие пространственные масштабы, может возникнуть необходимость в использовании кинетической модели, которая должным образом учитывает немаксвелловскую форму функции распределения. Однако, поскольку МГД относительно проста и улавливает многие важные свойства динамики плазмы, она часто бывает качественно точной и поэтому часто является первой опробованной моделью.

Эффекты, которые по существу являются кинетическими и не учитываются жидкостными моделями, включают двойные слои, затухание Ландау, широкий спектр нестабильностей, химическое разделение в космической плазме и убегание электронов.В случае взаимодействий с лазером сверхвысокой интенсивности, невероятно короткие временные рамки выделения энергии означают, что гидродинамические коды не могут уловить существенную физику.

Конструкции в МГД-системах []

Схематическое изображение различных систем тока, которые формируют магнитосферу Земли.

Во многих МГД-системах большая часть электрического тока сжимается в тонкие почти двумерные ленты, называемые токовыми слоями. Они могут разделить жидкость на магнитные домены, внутри которых токи относительно слабые.Текущие листы в Считается, что солнечная корона имеет толщину от нескольких метров до нескольких километров, что довольно тонко по сравнению с магнитными доменами (которые составляют от тысяч до сотен тысяч километров в поперечнике). Другой пример - магнитосфера Земли, где токовые слои разделяют топологически различные области, изолируя большую часть ионосферы Земли от солнечного ветра.

Волны []

Волновые моды, полученные с помощью теории МГД-плазмы, называются магнитогидродинамическими волнами или МГД волнами .В общем, существует три режима МГД волн:

• Чистая (или наклонная) волна Альвена
• Медленная МГД волна
• Быстрая волна MHD

v _A > v _s

v _A < v _s

Все эти волны имеют постоянные фазовые скорости для всех частот и, следовательно, нет дисперсии. В пределах, когда угол между вектором распространения волны k и магнитным полем B равен 0 ° (180 °) или 90 °, волновые моды называются: ^[6]

Имя	Тип	Распространение	Фазовая скорость	Ассоциация	Средний	Другие имена
Звуковая волна	продольное	к ∥ B	адиабатическая скорость звука	нет	сжимаемая непроводящая жидкость
Альфвеновская волна	поперечный	к ∥ B	Скорость Альфвена	В		поперечная альфвеновская волна, медленная альфвеновская волна, крутильная альфвеновская волна
Магнитозвуковая волна	продольное	к ⟂ B		B , E		Альфвеновская волна сжатия, быстрая альвеновская волна, магнитоакустическая волна

Фазовая скорость зависит от угла между волновым вектором k и магнитным полем B . {\ frac {1} {2}}}

где

vs = γpρ {\ displaystyle v_ {s} = {\ sqrt {\ frac {\ gamma p} {\ rho}}}}

- идеальная скорость звука по газу.Положительная ветвь соответствует моде быстрой МГД волны, а отрицательная ветвь соответствует моде медленной МГД волны.

Колебания МГД будут затухать, если жидкость не является идеально проводящей, но имеет конечную проводимость, или если присутствуют эффекты вязкости.

МГД-волны и колебания - популярный инструмент для дистанционной диагностики лабораторной и астрофизической плазмы, например короны Солнца (корональная сейсмология).

Расширения []

резистивный

Resistive MHD описывает намагниченные жидкости с конечной электронной диффузией ( η ≠ 0).Этот коэффициент диффузии приводит к нарушению магнитной топологии; Силовые линии магнитного поля могут «повторно соединяться» при столкновении. Обычно этот термин невелик, и при повторном подключении можно подумать, что он не отличается от шока; было показано, что этот процесс важен для магнитных взаимодействий Земля-Солнце.

Расширенный

Расширенная МГД описывает класс явлений в плазме более высокого порядка, чем резистивная МГД, но которые могут быть адекватно рассмотрены с помощью одного описания жидкости.К ним относятся эффекты физики Холла, градиенты электронного давления, конечные ларморовские радиусы в гиродвижении частиц и инерция электронов.

Двухжидкостная

Двухжидкостная МГД описывает плазму, в которой присутствует холловское электрическое поле, которым нельзя пренебречь. В результате импульсы электрона и иона следует рассматривать отдельно. Это описание более тесно связано с уравнениями Максвелла, поскольку существует уравнение эволюции электрического поля.

Зал

В 1960 году M.J.Лайтхилл критиковал применимость идеальной или резистивной теории МГД к плазме. ^[7] Это касалось пренебрежения «членом холловского тока», частым упрощением в теории магнитного синтеза. Холловская магнитогидродинамика (HMHD) учитывает это электрическое поле, описывающее магнитную гидродинамику. Наиболее важное отличие состоит в том, что в отсутствие разрыва силовых линий магнитное поле связано с электронами, а не с объемной жидкостью. ^[8]

Электрон МГД

Электронная магнитогидродинамика (EMHD) описывает мелкомасштабную плазму, когда движение электронов намного быстрее, чем движение ионов.Основные эффекты - это изменение законов сохранения, дополнительное сопротивление, важность инерции электронов. Многие эффекты электронной МГД аналогичны эффектам двухжидкостной МГД и холловской МГД. EMHD особенно важен для z-пинча, магнитного пересоединения, ионных двигателей и плазменных переключателей.

Без столкновений

MHD также часто используется для бесстолкновительной плазмы. В этом случае уравнения МГД выводятся из уравнения Власова. ^[9]

Пониженный

Используя многомасштабный анализ, (резистивные) уравнения МГД можно свести к системе из четырех замкнутых скалярных уравнений.Это позволяет, помимо прочего, более эффективные численные расчеты. ^[10]

Приложения []

Геофизика []

Под мантией Земли находится ядро, которое состоит из двух частей: твердого внутреннего ядра и жидкого внешнего ядра. Оба содержат значительное количество железа. Жидкое внешнее ядро ​​движется в присутствии магнитного поля, и в нем возникают водовороты из-за эффекта Кориолиса. Эти водовороты создают магнитное поле, которое усиливает первоначальное магнитное поле Земли - процесс, который является самоподдерживающимся и называется геомагнитным динамо. ^[11]

На основе уравнений МГД Глатцмайер и Пол Робертс создали суперкомпьютерную модель недр Земли. После проведения моделирования в течение тысяч лет в виртуальном времени можно изучать изменения магнитного поля Земли. Результаты моделирования хорошо согласуются с наблюдениями, поскольку моделирование правильно предсказало, что магнитное поле Земли меняется каждые несколько сотен тысяч лет. Во время переворотов магнитное поле не исчезает совсем - оно только усложняется. ^[12]

Землетрясения []

Некоторые станции мониторинга сообщают, что землетрясениям иногда предшествует всплеск активности сверхнизких частот (УНЧ). Замечательный пример этого произошел перед землетрясением в Лома-Приета в 1989 г. в Калифорнии, ^[13] , хотя последующее исследование показывает, что это было не более чем неисправностью датчика. ^[14] 9 декабря 2010 г. геофизики объявили, что спутник DEMETER наблюдал резкое увеличение УНЧ радиоволн над Гаити за месяц до величины 7.0 M _Вт землетрясение 2010 г. ^[15] Исследователи пытаются узнать больше об этой корреляции, чтобы выяснить, можно ли использовать этот метод как часть системы раннего предупреждения о землетрясениях.

Астрофизика []

MHD применяется к астрофизике, включая звезды, межпланетную среду (пространство между планетами) и, возможно, межзвездную среду (пространство между звездами) и джеты. ^[16] Большинство астрофизических систем не находятся в локальном тепловом равновесии и поэтому требуют дополнительной кинематической обработки для описания всех явлений в системе (см. Астрофизическая плазма). ^{[ необходима ссылка ]}

Солнечные пятна вызваны магнитными полями Солнца, как теоретизировал Джозеф Лармор в 1919 году. Солнечный ветер также регулируется МГД. Дифференциальное вращение Солнца может быть долгосрочным эффектом магнитного сопротивления на полюсах Солнца, явлением МГД из-за спиральной формы Паркера, принятой протяженным магнитным полем Солнца.

Ранее теории, описывающие образование Солнца и планет, не могли объяснить, откуда у Солнца 99.87% массы, но всего 0,54% углового момента Солнечной системы. В замкнутой системе, такой как облако газа и пыли, из которого образовалось Солнце, масса и угловой момент сохраняются. Это сохранение означало бы, что по мере того, как масса, сконцентрированная в центре облака, образуя Солнце, будет вращаться быстрее, во многом как фигурист, тянущий руки внутрь. Высокая скорость вращения, предсказанная ранними теориями, отбросила бы протосолнце. врозь, прежде чем он мог сформироваться. Однако магнитогидродинамические эффекты передают угловой момент Солнца во внешние области Солнечной системы, замедляя его вращение.

Известно, что пробой идеальной МГД (в виде магнитного пересоединения) является вероятной причиной солнечных вспышек. ^{[ необходима цитата ]} Магнитное поле в солнечной активной области над пятном может накапливать энергию, которая внезапно высвобождается в виде всплеска движения, рентгеновских лучей и излучения, когда основной токовый слой схлопывается, воссоединяя поле. ^{[ требуется ссылка ]}

Датчики

[]

Магнитогидродинамические датчики используются для точных измерений угловых скоростей в инерциальных навигационных системах, например, в аэрокосмической технике.Точность улучшается с увеличением размера датчика. Датчик способен выжить в суровых условиях. ^[17]

Инженерное дело []

MHD связан с такими инженерными проблемами, как удержание плазмы, жидкометаллическое охлаждение ядерных реакторов и электромагнитное литье (среди прочего).

Магнитогидродинамический привод или движитель MHD - это метод приведения в движение морских судов с использованием только электрических и магнитных полей без движущихся частей с использованием магнитогидродинамики.Принцип работы включает электризацию топлива (газа или воды), которое затем может быть направлено магнитным полем, толкая транспортное средство в противоположном направлении. Хотя существуют некоторые рабочие прототипы, МГД-диски остаются непрактичными.

Первый прототип такого двигателя был построен и испытан в 1965 году Стюард Уэй, профессором машиностроения Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Уэй, находясь в отпуске с работы в Westinghouse Electric, поручил своим студентам старших курсов разработать подводную лодку с этой новой двигательной установкой. ^[18] В начале 1990-х годов фонд в Японии (Ship & Ocean Foundation (Минато-ку, Токио)) построил экспериментальную лодку Yamato-1 , в которой использовался магнитогидродинамический привод, включающий сверхпроводник, охлаждаемый жидкостью. гелий и мог двигаться со скоростью 15 км / ч. ^[19]

Производство электроэнергии MHD, питаемое газом для сжигания угля с засеянным калием, показало потенциал для более эффективного преобразования энергии (отсутствие твердых движущихся частей позволяет работать при более высоких температурах), но не удалось из-за непомерно высоких технических трудностей. ^[20] Одной из основных инженерных проблем было повреждение стенки камеры сгорания первичного угля из-за истирания.

В микрофлюидике МГД изучается как жидкостной насос для создания непрерывного, непульсирующего потока в сложной микроканальной конструкции. ^[21]

MHD может быть реализован в процессе непрерывной разливки металлов для подавления нестабильности и управления потоком. ^{[22] [23]}

Промышленные проблемы MHD могут быть смоделированы с помощью программного обеспечения EOF-Library с открытым исходным кодом. ^[24] Два примера моделирования: 3D MHD со свободной поверхностью для электромагнитного левитационного плавления, ^[25] и перемешивание жидкого металла с помощью вращающихся постоянных магнитов. ^[26]

Магнитное нацеливание на наркотики []

Важной задачей онкологических исследований является разработка более точных методов доставки лекарств в пораженные районы. Один из методов включает связывание лекарства с биологически совместимыми магнитными частицами (такими как феррожидкости), которые направляются к цели посредством осторожного размещения постоянных магнитов на внешнем теле. KentuckyFC (9 декабря 2010 г.). «Космический корабль видел УНЧ радиоизлучение над Гаити перед январским землетрясением». Блог по физике arXiv . Кембридж, Массачусетс: TechnologyReview.com. Проверено 18 декабря 2010 г. Athanasiou, M; Анагностопулос, G; Илиопулос, А; Павлос, G; Дэвид, К. (2010). «Усиленное УНЧ излучение, наблюдаемое DEMETER через два месяца после сильного землетрясения на Гаити в 2010 году». Опасные природные явления и науки о Земле . 11 (4): 1091. arXiv: 1012. Vencels, Juris; Робак, Питер; Гежа, Вадим (01.01.2019). «Библиотека EOF: соединитель с открытым исходным кодом Elmer FEM и OpenFOAM для электромагнетизма и гидродинамики». Программное обеспечениеX . 9 : 68–72. Бибкод: 2019SoftX ... 9 ... 68V. DOI: 10.1016 / j.softx.2019.01.007. ISSN 2352-7110.

Страница не найдена - сайт Сергея Хиревича

Запрошенный URL-адрес не найден на этом сервере.

 ВНИМАНИЕ: 0031-408 16 задач, выделенных Resource Manager, продолжаются...
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу./ фунт; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу./ фунт; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу ./lbm; errno = 2
ОШИБКА: 0031-619 ошибка execvp: нет такого файла или каталога
ОШИБКА: 0031-725 Не удалось выполнить программу .