Магнитогидродинамический генератор: генератор — это… Что такое МГД-генератор?

Содержание

Магнитогидродинамические движители. Принцип действия и перспективные области применения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ДВИЖИТЕЛИ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Рыжиков К.В.1, Гончаров В.И.2 Email: Ryzhikov [email protected] ru

‘Рыжиков Кирилл Валерьевич — магистрант; 2Гончаров Владимир Иванович — старший преподаватель, кафедра электромеханики, электрических и электронных аппаратов, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва

Аннотация: магнитогидродинамические (МГД) движители — это область техники, получившая распространение за последнее десятилетие. Данная область весьма специфическая и требует широкой огласки среди студентов и ученых в области электротехники. Данная статья носит преимущественно ознакомительный характер, но параллельно с этим в ней выдвинуты весьма интересные способы применения рассматриваемых устройств. В статье уделено внимание эффектам, позволяющим создать устройства подобного рода, они называются «магнитогидродинамические».

Ключевые слова: магнитная гидродинамика, МГД-движитель, МГД-эффект.

MAGNETIC HYDRODYNAMIC MOVERS. PRINCIPLE OF OPERATION AND PERSPECTIVE APPLICATIONS Ryzhikov K.V.1, Goncharov V.I.2

‘Ryzhikov Kirill Valeryevich — Graduate Student; 2Goncharov Vladimir Ivanovich — Senior Lecturer, DEPARTMENT OFELECTROMECHANICS, ELECTRICAL AND ELECTRONIC DEVICES, FEDERAL STATE BUDGET EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY MOSCOW POWER ENGINEERING INSTITUTE, MOSCOW

Abstract: magnetohydrodynamic (MHD) propellers, this is a field of technology that has spread over the past decade. This area is very specific and requires wide publicity among students and scientists in the field of electrical engineering. This article is mainly familiarizing in nature, but at the same time it puts forward very interesting ways of using the devices under consideration. The article focuses on the effects that allow creating devices of this kind, they are called magnetohydrodynamic devices. Keywords: magnetic hydrodynamics, MHD propulsor, MHD effect.

УДК 621.33

Еще во времена Фарадея был открыт эффект образования ЭДС и появления электрического тока в твердых и жидких проводящих материалах, передвигающихся в магнитном поле (рисунок 1). Взаимодействие токов в жидком проводящем теле, с магнитным полем приводит к появлению в потоке пондеромоторных электромагнитных сил fu. Эти силы, будучи распределены в объеме жидкости, оказывают влияние на характер течения жидкости, а также на устойчивость течения.

Рис. 1. Проводящий материал в магнитном поле

В том случае, если на проводящую жидкость подать разность потенциалов, и при наличии поперечного магнитного потока, текущие в жидкости кондукционные токи с плотностью Jк вызывают пондеромоторные силы и проводящая среда приходит в движение. Параллельно с этим, на поток накладывается поле электромагнитных сил, которые совместно образуют вектор направления движения жидкости. Эти электромагнитные воздействия на поток проводящей субстанции называют МГД-эффектом первого рода.

Аналогично электрическим машинам, токи, протекающие в жидкости, создают поле реакций, которое искривляет внешнее электромагнитное поле. Неравномерность в распределении локальных параметров течения приводит к неравномерному распределению в потоке индуктируемых ЭДС и токов, хотя наведенные пондеромоторные силы (при слабой проводимости жидкости) могут и не оказывать влияния на структуру течения. Этот характер воздействия реакции токов принято называть МГД-эффектом второго рода.

Аналогично стандартной электрической машине, реакция токов должна быть всегда, поэтому эффекты первого рода неизбежно тянут за собой появление эффектов второго рода. На величину проявления данных эффектов влияют внешнее магнитное поле, а именно его интенсивность, и проводимость жидкости или плазмы, а также скорости ее передвижения.

Чтобы визуально осознать эти эффекты, можно провести упрощенный эксперимент — падение проводящего листа в зазор магнита (рисунок 2). Токи, наведенные в проводящем листе, изменяют магнитное поле (за это отвечает второй эффект), а параллельно с этим создают силу, которая препятствует перемещению (первый эффект). Мне кажется очевидным, что проявившиеся эффекты зависят как от проводимости материала, так и от скорости его перемещения. Лист из меди перемещался бы как будто в растворе густого масла, а лист из сверхпроводящего материала, вероятно, был бы вытолкнут из зазора. Если сверхпроводник поместить в магнитное поле, он полностью бы деформировал его и приложил бы силу противоположно направленную. Подобный эффект наблюдался бы в случае, если любой другой проводящий материал направить в зазор с достаточно высокой скоростью.

/

Си

/

т>

Рис. 2. Медный лист, входящий в зазор с магнитным полем

Физики говорят, что пондеромоторные силы могут быть диссипатавными или псевдовязкими, иногда псевдоупругими или консервативными. Вследствие этого в магнитной гидродинамике используется понятие «вмораживания» поля в жидкость, т.е. поле переносится жидкостью [1].

Теоретически, существуют четыре направления промышленного применения МГД-генераторов:

1. р + 4Не + 18.353 МэВ) с МГД-генераторами работающими от высокотемпературной плазмы;

4. Установки с МГД-генератором работающим от жидкого металла, они потенциально полезны в атомной энергетики и специальных энергетических установок сравнительно малой мощности;

5. Гиперзвуковые авиационные системы.

Несмотря на заманчивые перспективы и бурное развитие исследований в области МГД-генераторов в 1970-е годы, устройства на их основе так и не нашли широкого промышленного применения. Камнем преткновения является отсутствие материалов для стенок генератора и электродов, способных работать при возникающих запредельных температурах достаточно долгое время [2].

В наше время появился научный и технический интерес о применении МГД движителей на больших крупнотоннажных судах и подводных лодках. Движители подобной системы более перспективны на высокоскоростных подводных лодках и судах, к тому же они неизбежно уменьшают проблемы вибрации и шума. Принцип действия в подобных механизмах аналогичен обычному МГД насосу, только в качестве рабочего тела используется соленая морская вода, а индуктор расположен среди стенок вдоль всего судна. Однако, остается открытым вопрос о воздействии столь мощного электромагнитного поля на человека.

Существуют и другие типы движителей применяемых для морских судов и не только, однако информации о подобных устройствах недостаточно, чтобы сделать подробные расчеты и схемы реализации. В подобной отрасли предстоит столкнуться с большим количеством нерешенных проблем, однако данное направление является интересным и перспективным в реалиях настоящего времени.

Список литературы /References

1. Магнитогидродинамические электрические машины и устройства. Тамоян Г.С. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmech.mpei.ac.ru/books/edu/MGD/ind ex.html/ (дата обращения: 15.12.2017).

2. Магнитогидродинамический генератор. ВикипедиЯ. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki / (дата обращения: 15.12.2017).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМАТИКИ ЗАПРОСА, ИСПОЛЬЗУЯ ГРАФОВЫЕ МОДЕЛИ ДАННЫХ Довбенко А.В. Email: [email protected]

Довбенко Алексей Викторович — аспирант, кафедра теоретических основ информатики, факультет прикладной математики,

информатики и механики, Воронежский государственный университет, г. Воронеж

Аннотация: в работе рассмотрены примеры определения тематики запроса, используя графовые модели данных. Рассмотрена основная проблема определения тематики текста, а также вполне неочевидные проблемы, с которыми может столкнуться разработчик. Рассмотрены основные примеры запросов, использование «стоп слов», приведен пример хранения данных в ориентированном и неориентированном графе, описана методика построения как ориентированного, так и неориентированного графа. Также приведен пример обучения системы, на основе повторений слов в различных документах. Предложены различные пути решения определения тематики текста.

Ключевые слова: поисковый запрос, тематика запроса, графовая модель данных, поисковая система, метод машинного обучения.

DETERMINE THE SUBJECT OF THE QUERY USING GRAPH

DATA MODELS Dovbenko A.V.

Dovbenko Alexey Victorovich — Post-Graduate Student, DEPARTMENT OF THEORETICAL BASES OF COMPUTER SCIENCE, FACULTY OF APPLIED MATHEMATICS, COMPUTER SCIENCE AND MECHANICS, VORONEZH STATE UNIVERSITY, VORONEZH

Abstract: in the article examples of determining the subject of a query using graph data models are considered. The main problem of determining the subject matter of the text, as well as completely unobvious problems with which the developer may encounter, is considered. The main examples of queries, the use of ‘stop words’, an example of storing data in an oriented and undirected graph are presented, and the method of constructing both an oriented and undirected graph is described. Also given is an example of learning the system, based on word repetition in various documents. Various ways of solving the definition of the text are proposed.

Keywords: search query, query topics, graph data model, search engine.

УДК: 004.896

Определение тематики запроса применяется в разработки информационных поисковых систем, когда тематика запроса определена круг поиска сужается, что

Генераторы магнитогидродинамические — Справочник химика 21

    Усилия химиков-неоргаников должны быть направлены также на изыскание новых материалов для электроники, радиотехники и новой энергетики. В настоящее время синтез и очистка такого рода материалов и изготовление из них изделий приобретают не меньшее, а может быть и большее, значение, чем проблема конструкционных материалов. Кроме диэлектриков, сег-нетоэлектриков, ферромагнетиков, изоляторов, сюда относятся материалы для полупроводников, квантовых генераторов, сверхпроводников, преобразователей тепловой, химической и солнечной энергии в электрическую (термоэлементы, катоды термоионных преобразователей, корпуса и электроды магнитогидродинамических генераторов, топливные элементы, солнечные батареи). Особенно важное значение имеют полупроводниковые материалы. [c.34]
    МПа и времени контактирования 0,0001 с., что обеспечивает весьма высокую производительность плазменной установки. Комбинирование установки с магнитогидродинамическим генератором (МГД) позволяет использовать вторичные энергоресурсы и обеспечить возврат энергии. [c.186]

    Учение о плазме и научно-технический прогресс. За последние десятилетия сильно возрос интерес к разработке учения о плазменном состоянии, что связано с широким применением плазмы в современной технике и с надеждами решения больших научно-технических проблем современности и в первую очередь в области энергетики. К числу энергетических проблем, в решении которых большая роль отводится использованию плазмы, относятся разработка управляемого термоядерного синтеза и создание метода прямого преобразования энергии топлива в электрическую энергию с помощью движущейся плазмы в специальных установках, получивших название магнитогидродинамических генераторов (МГД). [c.253]

    Магнитогидродинамические насосы, ускорители, дроссели и генераторы [c.215]

    Если электрический ток, индуцируемый магнитным нолем в потоке жидкости, направить во внешнюю цепь, то получится магнитогидродинамический генератор тока (МГД-генератор). [c.215]

    Плазму называют низкотемпературной, или холодной, если температура ее ионной компоненты от 1000 до 10 000° К, и высокотемпературной, или горячей, если температуры ее ионной компоненты выше этого предела и достигают миллионов градусов. Низкотемпературная плазма образуется в газоразрядных приборах (газотроны, тиратроны), в преобразователях энергии топлива в электрическую (магнитогидродинамические генераторы). [c.247]

    В последние годы все шире стал распространяться еще один прогрессивный способ — электромагнитная разведка при помощи магнитогидродинамических (МГД) генераторов. Электромагнитным волнам стали доступны глубины от нескольких километров, когда ведутся поиски полезных ископаемых, до сотен километров, если речь заходит об общих исследованиях земной коры. [c.41]

    Интерес к структурным исследованиям жидких металлов и полупроводников обусловлен все расширяющимися возможностями практического их применения. Расплавы металлов широко используются в качестве теплоносителей в атомных реакторах, рабочих тел магнитогидродинамических генераторов, магнитных насосов т. д. Жидкие полупроводники играют важную роль в преобразовании тепловой энергии в электрическую с использованием в качестве источников солнечной и атомной энергий. [c.171]

    В области собственной проводимости, как показывают опыт и расчет [14, 15], эффект достигает весьма больших значений. В настоящее время он имеет большое значение при исследовании и применении полупроводников. В частности, на основе эффекта Нернста—Эттингсгаузена может быть создан генератор для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, оЧень напоминающий по принципу действия магнитогидродинамические генераторы. [c.333]

    Оценивать возможность применения магнитогидродинамического эффекта для закалки окиси азота и регенерации тепла нам кажется преждевременным, так как разработка МГД-генераторов еще далека от завершения. [c.152]

    При видимом качественном отличии технологических процессов ТЭС и АЭС (получение тепловой энергии либо при сжигании топлива, либо при управляемом делении ядер расщепляющихся элементов) они имеют единый теплосиловой цикл получения электроэнергии и, как следствие, много общего в воздействии на природную среду. Во-первых, это большой сброс низкопотенциального тепла, практически неизбежный как при реализации классического пароводяного цикла, так и в газовых установках (газовые турбины, магнитогидродинамические генераторы). Во-вторых, и ТЭС, и АЭС дают газообразные, жидкие и твердые отходы, содержащие вредные вещества. Если говорить о выбросах радиоактивных веществ, то угольные ТЭС в сумме существенно превосходят атомные станции при нормальной работе последних. Но, естественно, все виды отходов атомных и тепловых станций (для последних — в сильной зависимости от вида топлива, а также от способа его сжигания) могут существенно отличаться количественно и качественно. [c.522]


    На обычных электростанциях потери полезной работы возникают не только в связи с тем, что при превращении энергии она вначале переходит в тепло, но также из-за трения и износа твердых частей мащины. Поэтому предпочтительнее такие машины (даже в случае неизбежного превращения энергии в тепло при их работе), которые не имеют твердых движущихся частей. Теоретически, а в какой-то мере и практически такое устройство можно выполнить при помощи термоэлементов, состоящих из двух различных спаянных между собой металлов или полупроводников, где тепло непосредственно превращается в электрический ток. Магнитогидродинамические генераторы также не содержат твердых движущихся частей, электрический ток возникает здесь в сильно нагретом ионизированном газе, пропущенном через магнитное поле. Однако эти установки вследствие их технического несовершенства пока еще не могут обеспечить производство электроэнергии в широких масштабах. [c.23]

    В конце сборника помещены статьи, в которых рассматривается кинетика изменения минеральной части углей при высоких температурах. Показано влияние минеральной части на проводимость продуктов сгорания при использовании твердых топлив для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в магнитогидродинамических генераторах. Минеральная часть некоторых углей Сибири может обеспечивать достаточно высокую электропроводимость газа на уровне добавки 1% натрия и даже несколько больше. [c.2]

    В последние годы наблюдается интенсивное развитие теории теплообмена. Наряду с дальнейшей разработкой и углублением сложившихся направлений возникли новые научные направления. [К ним, в частности, ОТНОСЯТСЯ теплообмен при течении электропроводных жидкостей и плазмы в электрических и магнитных полях, теплообмен при совместном переносе энергии тепловым излучением и теплопроводностью или конвекцией, теплообмен при наличии химических реакций в потоке газа и на поверхности тела. Интерес к этим проблемам не случаен. Они теснейшим образом связаны с решением таких практически важных задач, как создание магнитогидродинамических генераторов и ускорителей, разработка эффективных методов защиты летательных аппаратов от аэродинамического нагрева, создание высокотемпературных ядерных энергетических установок и др. [c.3]

    Так как при низких давлениях и умеренно высоких температурах имеют место и эффект Холла и скольжение ионов, то оба эти явления влияют как на теплоотдачу в генераторах и ускорителях, так и на теплообмен в пограничном слое. Насколько известно автору, теплоотдача при таких условиях до сих пор не исследовалась. Однако можно ожидать, что исследование этих проблем явится задачей последующих работ в области теплообмена при магнитогидродинамических течениях. [c.9]

    Анализу магнитогидродинамического течения в каналах посвящено значительное число работ. Этот класс течений имеет общирное применение в технике в МГД генераторах, ускорителях с поперечным полем, ударных трубах, насосах и расходомерах. Во многих случаях такого рода течения сопровождаются выделением тепла либо за счет вязкой или джоулевой диссипации, либо за счет тока, проходящего по стенкам канала. [c.29]

    Внутренние магнитогидродинамические течения естественно подразделяются на классы, зависящие от конфигурации полей. Например, в типичных МГД генераторах постоянного тока магнитное поле направлено перпендикулярно направлению течения. Если в стенки канала перпендикулярно В и V встроены электроды, то. индуцированное электрическое поле создает ток, идущий через плазму и внешнюю нагрузку. Эти электроды выполняют ту же роль, что и щетки в обычных генераторах. Кинетическая энергия движущейся жидкости превращается в таком генераторе в электрическую энергию, отдаваемую нагрузке. Такое устройство может быть использовано в тепловом цикле, однако при этом необходимы высокие температуры. МГД канал может выполнять в этом цикле одновременно роль турбины и генератора. [c.29]

    Двуокись циркония. Важнейшая область применения 2гОг — производство высококачественных огнеупоров-бакоров. Ба-коры — лучший футеровочный материал в стекловаренных печах и печах для плавки алюминия, так как они слабо взаимодействуют с расплавами. Их применение позволяет увеличить длительность кампании печей в 3—4 раза по сравнению с печами, футерованными шамотом или динасом, и интенсифицировать плавку за счет повышения температуры. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяют в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке стали, тигелей для плавки редких металлов и т. д. 2гОг используют в защитных металлокерамических покрытиях (керметах), которые обладают высокой твердостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременное нагревание до 2750 . Двуокись, пропитанная фенольной смолой, выдерживает нагревание до 2200° и может быть использована для теплоизоляции космических кораблей. Стабилизированная окисью кальция применяется в магнитогидродинамических генераторах, в качестве твердого электролита в топливных элементах и в приборах по определению содержания кислорода в расплавленных металлах. [c.307]

    Сейчас ультрачистые материалы требуются новой технике в сравнительно небольших количествах, но с каждым днем требования зти будут расширяться. Например, для исходных мономеров в производстве полимерных материалов или огнеупоров в металлургической, стекольной, а отчасти и химической промышленности уже сейчас необходимы способы массовой очистки веществ. В ближайшем же будущем создание новой энергетики потребует массовой и самой глубокой очистки полупроводников и других специальных материалов. Я имею в виду разработку новых преобразователей тепловой энергии в электрическую термоэлектрические и магнитогидродинамические генераторы, солнечные батареи. Очень чистые материалы нужны для атомных электростанций, а в дальнейшем и для термоядерных. Ведь несомненно, что еще в этом веке ученые и инженеры найдут пути использования неисчерпаемых запасов термоядерной и солнечной энергии, подземного тепла. [c.36]

    Полученный пар можно заставить вращать турбины, т. е. использовать его энергию для получения электроэнергии, питающей тот же плазмотрон. Это частичное самообслуживание сделает процесс использования низкотемпературной плазмы для фиксации азота значительно дешевле. Для дальнейшего уменьшения расхода электричества можно использовать магнитогидродинамический (МГД) генератор, поставленный в месте закалки, а также ввести в плазмотрон некоторое количество горючего газа. Найдена также возможность утилизировать воду, охлаждающую плазмотрон. [c.115]

    Большой интерес представляет магнитогидродинамический метод закалки окиси азота с одновременным получением электрической энергии. Однако, магнитогидродинамические генераторы в настоящее время находятся лишь в стадии теоретической разработки, поэтому этот метод закалки окиси азота следует рассматривать как перспективный. [c.77]

    Плазменные установки получения связанного азота имеют преимущества перед аммиачными. Эти установки компактны, независимы от источников сырья (сырьем является воздух), процесс получения связанного азота является одностадийным. Вместе с тем следует заесть, что при плазменном методе возможно применение давлений, наложение высокочастотного разряда на электрическую дугу плазмотрона, что обеспечивает повышение концентрации N0 в газе и снижение энергетических затрат применение магнитогидродинамических генераторов для закалки газа и использование тепловой энергии газа для прямого превращения ее в электрическую и др. [c.104]


    Предварительные расчеты показывают, что общее уменьшение удельного расхода электроэнергии за счет ввода в схему магнитогидродинамического генератора при температуре газа в плазмотроне до 3300° К составит около 15%. [c.104]

    Магнитогидродинамические (МГД) генераторы— установки для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую. [c.23]

    Удачное сочетание ценных свойств позволило найти самое широкое применение этим металлам в радиоэлектронике, металлургии высококачественных сталей, химическом машиностроении, электровакуумной технике, атомной энергетике, авиастроении и в других областях. Небывалыми темпами развивается сверхнроводниковая техника, завтрашний день которой — создание сверхпроводящих магнитов и магнитогидродинамических генераторов — немыслим без новых сверхнроводниковых материалов (сплавы ниобия с оловом, кремнием, алюминием, твердые растворы N5—2т, N5—Т1, ЫЬ—V и др.). Даже в такой старой отрасли техники, как электроника, танталовые керамические конденсаторы в настоящее время не имеют конкурентов. [c.9]

    Протекание этой реакции сопровождается выделением теплоты (энтальпия реакции отрицательна, см. приложение А), —ДЯ = 393 кДж. Эта теплота расходуется на образование пара в паровом котле. Пар движет турбины и при этом остывает, далее он поступает в теплообменник, где отдает оставшийся запас тепла, конденсируясь в воду. Полезное использование выделившейся при горении энергии (393 кДж/моль) ограничивается коэффициентом полезного действия тепловой машины. К тепловым машинам относятся паровой двигатель, паровая турбина, двигатели внутреннего сгорания, магнитогидродинамические генераторы энергии, термоионный энергообменник и т. д. Все эти устройства преобразуют тепло в другие формы энергии — механическую или электрическую. Источник тепловой энергии отдает тепло при определенной температуре. Часть этого тепла поглощается в теплообменнике с более низкой температурой. Эффективность (коэффициент полезного действия) преобразования энергии т] определяется как отношение всей полезной работы — к теплоте —Q, полученной от источника тепла  [c.121]

    Значительно большей эффективности (до 65%) можно ожидать от находящегося в стадии разработки прямого метода превращения тепловой энергии в электрическую. Особенно перспективным считается магнитогидродинамическая система (МГД). Плазму ионизированного при температуре 3000°С газа, являющегося рабочим телом МГД-генератора, с высокой скоростью пропускают через сильное магнитное поле, которое тормозит его движение. Свободные ионы газа принимаются электродами, так что в результате превращения кинетической энергии движущейся плазмы в электрическую энергию возникает постоянный ток. На выходе из магнитного поля газ имеет температуру [c.57]

    Большие надежды возлагают на горячую плазму, использование которой позволило бы решить одну из основных задач современности — производство энергии. Одна из перспективных возможностей применения плазмы для этого — создание магнитогидродинамического генератора (МГДГ). Идея последнего основана на том, что при пропускании струи плазмы с большой скоростью через магнитное поле с большой индукцией, в плазме возникает электрический ток, который можно направить на внешнюю нагрузку. Таким образом, появляется возможносгь создания тепловой электростанции без турбины. [c.42]

    В настоящее время электроэнергию получают в осн[c.152]

    ЦЕЗИЙ м. 1. s ( aesium), химический элемент с порядковым номером 55, включающий 31 известный изотоп с массовыми числами 116-146 (атомная масса единственного природного изотопа 132,9055) и имеющий типичную степень окисления + I. 2. s, простое вещество, светлый металл с золотисто-жёлтым оттенком, мгновенно воспламеняющийся на воздухе применяется для изготовления катодов фотоэлементов, как рабочее тело в магнитогидродинамических генераторах, лазерах и др. [c.487]

    IV,Б,1. Течения несжимаемой жидкости. Автору известна всего одна работа (Моффат [Л. 49]), посвященная анализу процесса теплообмена в приближении пограничного слоя при магнитогидродинамическом течении несжимаемой жидкости с шостоянными свойствами в канале, схематически изображенном на рнс. 6. На двух стенках канала размещены электроды. Две другие стенки являются изоляторами. Взаимодействие магнитного поля с током в режиме. МГД генератора должно приводить к росту градиента скорости в пограничном слое и увеличению теплоотдачи к стенкам. В ускорителе плазмы теплоотдача также должна возрастать, так как в пограничном слое вблизи изолирующих стенок увеличивается плотность тока ((уменьша- Змектрод ется напряженность индуцирован- у-,.,  [c.39]

    Разработаны сверхпроводящие сплавы, содержащие цирконий. Проволоку из них используют для магнитов с высоким напряжением магнитного поля в магнитогидродинамических генераторах и термоядерных установках. Например, сверхпроводящий сплав 75% N5 и 25% Ъх при 4,2° К выдерживает нагрузку до 100000а/сл1 7]. Порошкообразный цирконий в смеси с окислителями (Ва(ЫОз)2, КСЮ4) применяют как бездымное средство для сигнальных огней в пиротехнике и в запалах для замены гремучей ртути и азида свинца. [c.427]

    В последнее время возрос интерес к магнитогидродинамическим (МГД) устройствам — электрическим машинам и аппаратам, рабочим телом которых является электропроводящая жидкость или плазма. Опубликован ряд монографий, посвященных теории и практике МГД-генераторов и МГД-насосов [Л.1-1—1-12—аналогов электрогенераторов и электродвигатёлей с твердым рабочим телом. Успешно ведутся разработка и внедрение МГД-устройств в судовую технику [Л. 1-13] и металлургию (Л.1-14]. Промышленность освоила серийный выпуск МГД-приборов контроля технологических процессов, связанных с движением жидкости [Л. 1-15]. [c.3]


МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР — перевод в Русско-немецком политехническом словаре онлайн

Смотреть что такое МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР в других словарях:

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (МГД-генератор), энергетическая установка, в которой энергия электропроводящей среды (обычно низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, непосредственно преобразуется в электрическую энергию. Работы по практическому применению магнитогидродинамического генератора ведутся с кон. 50-х гг. 20 в. Основное преимущество магнитогидродинамического генератора перед машинными генераторами — отсутствие движущихся частей, однако из-за низкого кпд (не св. 40%) промышленного использования они пока не получили.<br><br><br>… смотреть

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (МГД-генератор) — энергетическая установка, в которой энергия электропроводящей среды (обычно низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, непосредственно преобразуется в электрическую энергию. Работы по практическому применению магнитогидродинамического генератора ведутся с кон. 50-х гг. 20 в. Основное преимущество магнитогидродинамического генератора перед машинными генераторами — отсутствие движущихся частей, однако из-за низкого кпд (не св. 40%) промышленного использования они пока не получили.<br>… смотреть

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

— (МГД-генератор) — энергетическаяустановка, в которой энергия электропроводящей среды (обычнонизкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, непосредственнопреобразуется в электрическую энергию. Работы по практическому применениюмагнитогидродинамического генератора ведутся с кон. 50-х гг. 20 в.Основное преимущество магнитогидродинамического генератора перед машиннымигенераторами — отсутствие движущихся частей, однако из-за низкого кпд (несв. 40%) промышленного использования они пока не получили…. смотреть

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (МГДГЕНЕРАТОР)

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (МГД-генератор), энергетическая установка, в которой энергия электропроводящей среды (обычно низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, непосредственно преобразуется в электрическую энергию. Работы по практическому применению магнитогидродинамического генератора ведутся с кон. 50-х гг. 20 в. Основное преимущество магнитогидродинамического генератора перед машинными генераторами — отсутствие движущихся частей, однако из-за низкого кпд (не св. 40%) промышленного использования они пока не получили…. смотреть

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (МГДГЕНЕРАТОР)

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (МГД-генератор) , энергетическая установка, в которой энергия электропроводящей среды (обычно низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, непосредственно преобразуется в электрическую энергию. Работы по практическому применению магнитогидродинамического генератора ведутся с кон. 50-х гг. 20 в. Основное преимущество магнитогидродинамического генератора перед машинными генераторами — отсутствие движущихся частей, однако из-за низкого кпд (не св. 40%) промышленного использования они пока не получили…. смотреть

способ получения электрической энергии и резонансный мгд- генератор для его реализации — патент РФ 2109393

Использование: в энергетике. Сущность изобретения: в замкнутый тороидальный канал вводят высокотемпературный газ таким образом, чтобы поток газа двигался в канале по кругу в виде четкого числа чередующихся областей высокого и низкого давления. В каждой центрально-симметричной паре областей низкого давления формируют объемные заряды противоположных полярностей путем организации положительной обратной связи между потенциалами термоэлектродов, которые размещены в канале, и объемными зарядами областей газа с низким давлением, взаимодействующих с примыкающими к этим областям термоэлектродами. Канал охватывают магнитопроводы, на которых установлены обмотки возбуждения, соединенные с термоэлектродами. Напряжение для потребителя снимают с выходных обмоток магнитопроводов. МГД-генератор содержит тороидальный канал, связанный с камерами сгорания. В канале установлены термоэлектроды, которые соединены с один концом обмоток возбуждения. Вторые концы всех обмоток возбуждения соединены между собой. Канал внутри покрыт диэлектрическим слоем. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

1. Способ получения электрической энергии, включающий обеспечение взаимодействия электродов и высокотемпературного газа, полученного в результате окисления топлива, отличающийся тем, что в замкнутый тороидальный канал производят импульсный ввод высокотемпературного газа, обеспечивая создание потока газа, движущегося в канале по кругу в виде четного числа чередующихся областей высокого и низкого давления, при этом в каждой паре областей низкого давления, симметричных относительно оси тора, формируют объемные заряды противоположных полярностей путем организации положительной обратной связи между потенциалами термоэлектродов, размещенных в канале и объемными зарядами областей газа с низким давлением, взаимодействующих с примыкающими к этим областям термоэлектродами, причем термоэлектроды соединены с обмотками возбуждения, выполненными на магнитопроводах, охватывающих канал, а с выходных обмоток магнитопроводов снимают напряжение переменного тока. 2. Резонансный МГД-генератор, содержащий канал с корпусом из немагнитного материала и электромагнитную систему, отличающийся тем, что канал выполнен замкнутым тороидальной формы и соединен с камерами сгорания, причем в канале размещены термоэлектроды, а на внутренней поверхности канала выполнено диэлектрическое покрытие, при этом электромагнитная система содержит магнитопроводы с обмотками возбуждения и выходными обмотками, причем обмотки возбуждения одним концом соединены с термоэлектродами, а другие концы обмоток соединены вместе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, а именно к проблемам получения электроэнергии с помощью МГД-генераторов. Известны способ и устройство преобразования потока вещества в электрическую энергию по пат. ГДР N 269730 (кл. H 02 K 44/00, 1989 г.)
В соответствии с указанным способом предварительно подогревают горючий газ, который сжигают в кислороде. В результате сжигания получают плазму и заставляют ее пульсировать с определенной частотой. Затем пульсирующую плазму синхронно с колебаниями тока в электрической цепи подводят к электродам и преобразуют в результате деионизации энергии плазмы в электрическую энергию. Устройство содержит высокотемпературные электроды и систему импульсной подачи плазмы, а также схему синхронизации импульсов подачи плазмы с колебаниями тока в электрической цепи. Рассматриваемый способ не позволяет получить значительного увеличения коэффициента полезного действия, так как значительно расходует компоненты для получения плазмы. Устройство — прототип предъявляет высокие технические требования к высокотемпературным электродам, так как через них течет основной ток нагрузки такого МГД — генератора. Задачей изобретения является повышение надежности функционирования и получения высокого коэффициента полезного действия. Это достигается тем, что в замкнутый тороидальный канал производят импульсный впрыск высокотемпературного газа, формируя газовый поток, движущийся по кругу в заданном направлении и состоящий из чередующихся областей высокого и низкого давления. Области низкого давления симметричные относительно центра вращения, несут объемные заряды противоположной полярности, получаемые за счет взаимодействия ионизированного газа и термоэлектродов введенных в канал, соединенных с соответствующими обмотками возбуждения размещенными на магнитопроводах с выходных обмоток магнитопроводов снимают напряжение переменного тока. Устройство, содержит замкнутый тороидальный канал с корпусом из немагнитного металла и электромагнитную систему с обмотками, а также камеры сгорания, соединенные с каналом. В канале размещены термоэлектроды и выполнено диэлектрическое покрытие. Электромагнитная система содержит магнитопроводы с обмотками возбуждения и выходными обмотками. Обмотки возбуждения соединены одним концом с соответствующими термоэлектродами, а другие концы обмоток возбуждения соединены вместе. Скорость движения областей высокого и низкого давления поддерживается с помощью системы автоматического управления таким образом, что момент взаимодействия областей высокого давления в точке соединения канала с камерой сгорания синхронизирован по частоте и фазе. Частота повторения таких взаимодействий соответствует собственной резонансной частоте колебаний газа в камерах сгорания. Предлагаемая совокупность операций, элементов и связей позволяет достичь поставленную цель изобретения за счет оптимизации процесса преобразования энергии движущегося потока вещества в электрическую энергию, а также в результате технической реализации последовательности событий и требований, обусловленных физическими закономерностями. При изучении известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающая предлагаемое изобретение, не была выявлена. Данное решение существенно отличается от известных. Поскольку предлагаемое техническое решение отличается от известных, то оно явным образом не следует из уровня техники и соответственно имеет изобретательский уровень. Так как предлагаемое решение может быть реализовано современными средствами и материалами, то оно является промышленно применимым. На фиг. 1 показаны основные компоненты резонансного МГД- генератора; на фиг. 2- функциональная электрическая схема резонансного МГД-генератора. На чертежах обозначено: 1- канал, 2 — корпус, 3 — диэлектрическое покрытие, 4 — термоэлектрод, 5 — магнитопровод, 6 — камера сгорания, 7 — область высокого давления с избытком электронов, 8 — область высокого давления с избытком ионов, 9 — обмотка возбуждения, 10- выходная обмотка. Сущность способа получения электрической энергии заключается в следующем. Замкнутый тороидальный канал соединен с камерами сгорания, в которые производят импульсный впрыск топлива и окислителя, что осуществляют при помощи системы впрыска, управляемого по частоте, фазе и количеству вводимого вещества. За счет высокой температуры газа в рабочем объеме вновь впрыскиваемые компоненты вступают в реакцию (при пуске смесь топлива и окислителя поджигают) и возбуждают в камерах сгорания ударные волны на собственной резонансной частоте, соответствующей физическим размерам камеры сгорания, при этом в тороидальном канале появляются области высокого и низкого давления, перемещающиеся с определенной скоростью в заданном направлении. Скорость перемещения регулируют за счет изменения фазы взаимодействия областей высокого давления в канале и камерах сгорания. Сброс отработанных газов обеспечивает устройство выхлопа. Количество областей высокого и низкого давления в канале должно быть четным. При этом каждая область высокого и низкого давления симметрична такой же области относительно центра вращения и составляет с ней пару. Области низкого давления в канале частично ионизированы за счет высокой температуры газа, что позволяет изменять знак объемного заряда этих областей. Области высокого давления являются хорошим диэлектриком из-за высокой концентрации нейтральных частиц. Как только температура газа и термоэлектроды в канале достигнут необходимой величины произойдет самовозбуждение генератора за счет положительной обратной связи между потенциалом на термоэлектроде и областью ионизированного газа (областью низкого давления), взаимодействующего с ним в данный момент времени. Самовозбуждение происходит следующим образом. Область низкого давления в какой-то момент времени проходит по каналу сквозь неподвижный магнитопровод, и пусть в этой области спонтанно образовался небольшой избыток электронов, тогда в магнитопроводе, охватывающем канал, появляется электромагнитное поле, наводящее в обмотке возбуждения ЭДС-индукции. Обмотка возбуждения одним концом подключена к термоэлектроду, на котором появляется отрицательный потенциал, увеличивающий количество электронов в данной области низкого давления, что еще более увеличивает электромагнитное поле. В это время в парной (симметричной) области низкого давления происходит обратный процесс уменьшения количества электронов проводимости через другой термоэлектрод и обмотку возбуждения, идущих в первую область, так как все обмотки возбуждения соединены между собой. Таким образом в парных областях низкого давления возникают объемные заряды противоположного знака. Потенциал объемных зарядов зависит от числа витков обмоток возбуждения. Если к выходным обмоткам подключают нагрузку, то происходит торможение накопленных в областях низкого давления объемных зарядов силами электромагнитного поля, направленными навстречу движению по каналу таких областей. За счет этих сил заряженные частицы проникают в области высокого давления, накапливаясь в них в том большем количестве, чем больше величина силы, тормозящей объемные заряды, т. е. чем больше величина переменного тока в выходных обмотках. А области низкого давления служат при этом как проводники ввода-вывода электронов проводимости в канале, необходимые для поддержания знака и величины объемных зарядов. Области высокого давления играют роль поршня, продвигающего объемные заряды по каналу и одновременно — роль накопителя заряженных частиц при работе под нагрузкой. Частота выходного напряжения генератора равна половине частоты колебаний газа в камерах сгорания. При уменьшении скорости ударных волн, связанных с торможением их объемными зарядами, система автоматики добавляет количество впрыскиваемого в канал вещества тем самым увеличивая скорость до необходимой. МГД-генератор (фиг. 1) содержит канал 1, образованный тороидальным корпусом 2 из немагнитного материала. Внутри корпуса 2 выполнено диэлектрическое покрытие 3, и расположены термоэлектроды 4. Канал охвачен магнитопроводами 5 и соединен с камерами сгорания 6. При импульсном впрыске вещества в камерах сгорания 6 и канале 1 возбуждаются ударные волны, имеющие области высокого давления 7 и 8 с разнополярными объемными зарядами. На магнитопроводе 5 располагают обмотки возбуждения 9 и выходные обмотки 10. Работает МГД-генератор следующим образом. В камеры сгорания 6, соединенные с каналом 1, производят импульсный впрыск топлива и окислителя. Впрыск синхронизирован таким образом, что в канале 1 возбуждаются ударные волны, движущиеся в заданном направлении, имеющие области высокого давления 7 и 8, несущие разнополярные объемные заряды, знак и величину которых поддерживают за счет индуктивного взаимодействия объемных зарядов с обмотками возбуждения 9, соединенных с термоэлектродами 4. В результате движения объемных зарядов сквозь неподвижные магнитопроводы 5, в выходных обмотках 10 наводится переменное напряжение, которое используют. По данному предложению выполнены расчеты и конструирование отдельных узлов резонансного МГД-генератора. Конструкция является экономичной и позволяет использовать топливо с высокой эффективностью. Области применения изобретения:
— стационарные и мобильные автономные источники электрической энергии;
— преобразователи тепловой энергии в электрическую с высоким КПД. При использовании в качестве топлива водорода — экологически чистая электроэнергия.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ

МГД-генераторы (МГД-генераторы электроэнергии) — устройства, в которых в соответствии с законами магнитогидродинамики происходит преобразование энергии рабочего тела в электрическую энергию. Принцип работы МГД-генераторов, как и обычных электрических генераторов, основан на законе индукции Фарадея. В электропроводящей жидкости, движущейся со скоростью в магнитном поле , электродвижущая сила ( × ) индуцируется.Когда электроды, подключенные к внешней цепи, расположены так, чтобы по ним текла жидкость, электрический ток плотности создается электродвижущей силой, ток которой ограничен законом Ома. На рис. 1 показана принципиальная схема канала МГД-генератора, построенного из электродных и изоляционных стенок. В канале жидкость работает против силы электромагнитного тела ( × ). Часть этой работы расходуется на выработку электроэнергии во внешней цепи (нагрузке). В отличие от обычного турбогенератора, МГД-генератор не имеет движущихся частей, что позволяет существенно повысить температуру рабочего тела.

Рис. 1. Канал МГД-генератора.

На возможность генерации электрического тока жидкостью, движущейся в магнитном поле, впервые указал М. Фарадей (1832 г.). Он предпринял попытку измерить электрический ток, индуцируемый течением морской воды в устье Темзы в магнитном поле Земли. В течение следующего столетия появились различные предложения по устройствам преобразования энергии МГД. Первые опыты по генерированию электрической энергии были выполнены Б.Карловиц в лаборатории Вестингауза, США (1938 г.) с использованием МГД-генератора, работающего с неравновесной плазмой. В лаборатории Avco-Everette, США, первый мощный МГД-генератор Mark-V работал на продуктах сгорания жидкого топлива и кислорода. Опытная установка У-25 МГД на природном газе введена в эксплуатацию в Институте высоких температур СССР (1971 г.). В США (1984 г.) была построена опытная угольная электростанция МГД (CDIF). В СССР для прогноза землетрясений и разведки месторождений полезных ископаемых в Курчатовском институте атомной энергии и других учреждениях (1973-1977) была разработана серия импульсных МГД-генераторов («Памир») на твердом ракетном топливе.Импульсный МГД-генератор «Хибины» (1976 г.) был разработан для геофизических исследований и использовался для питания огромной токовой петли в морской воде вокруг полуострова Рыбачий в Баренцевом море.

МГД-генераторы имеют перспективное применение в усовершенствованных циклах производства высокотемпературной энергии и импульсных источниках электроэнергии высокой энергии.

В зависимости от вида рабочего тела различают следующие типы МГД-генераторов: МГД-генераторы открытого цикла, работающие на продуктах сгорания различных видов топлива; МГД-генераторы замкнутого цикла, работающие на инертных газах, и МГД-генераторы на жидком металле.

По характеру изменения электрического поля МГД-генераторы делятся на кондуктивные и индукционные. В кондуктивном типе электрическое поле МГД-генератора является потенциальным ( = -град φ), а электрический ток, образующийся в рабочем теле, протекает через нагрузку (см. рис. 1). В этом типе МГД-генератора электроды должны располагаться так, как показано на этом рисунке. Кондуктивные МГД-генераторы могут генерировать постоянный или переменный ток. В индукционном типе электрическое поле МГД-генератора возбуждается переходным магнитным полем (rot = — ) и генерируемый ток может быть закорочен внутри рабочего тела.Магнитное поле, создаваемое индукционными МГД-генераторами, может быть типа бегущего магнитного поля или трансформаторного типа. На рис. 2 представлена ​​принципиальная схема канала МГД-генератора с бегущим магнитным полем, создаваемым внешними проводниками. Существует множество альтернативных геометрических конфигураций каналов МГД-генератора. На рисунках 1 и 2 показаны линейные каналы, в которых рабочая жидкость течет по прямолинейному закону. Прямолинейное течение может иметь место также в коаксиальных и дисковых каналах. Криволинейное течение имеет место в вихревом МГД-генераторе с дисковым или коаксиальным каналом, а также в винтовых и спиральных МГД-генераторах.

Рис. 2. Канал МГД-генератора с бегущим магнитным полем, создаваемым внешними проводниками.

Основными электрическими характеристиками МГД-генераторов являются выходная мощность , генерируемого в объеме рабочего тела, и локальный электрический КПД η, определяемый как отношение удельных выходных мощностей к плотности мощности электромагнитной силы тела ( × )· ( × )· . В МГД-генераторах значения и ( × )· отрицательные.

К термодинамическим характеристикам относится коэффициент энтальпии извлечения η N , который определяется как отношение выходной мощности потоку энтальпии торможения на входе, η N = / , а изоэнтропийный КПД η 0i , определяемый как отношение выходной мощности разности потоков входной и выходной энтальпий торможения при изоэнтропическом расширении при заданной степени торможения, η 0i = / .В любой момент процесса преобразования энергии локальный изоэнтропийный КПД определяется как η 0 = dW (dH 0 ) равно .

Значения η 0 и η связаны между собой соотношением, следующим из уравнений сохранения. Когда трение о стенки и тепловые потери пренебрежимо малы, это сводится к:

Эта формула отражает влияние джоулевой диссипации на η 0 , которое возрастает с уменьшением статической температуры газа.

Связь между локальными электрическими характеристиками и параметрами потока в МГД-генераторах определяется законом Ома.В линейном МГД-генераторе, в котором скорость потока направлена ​​по оси x ( знак равно ) и магнитное поле направлено вдоль оси z, компоненты закона Ома записываются как

где σ — электропроводность рабочей жидкости, β — коэффициент Холла. В МГД-канале прямоугольного сечения с равномерным течением z-компонента плотности тока равна нулю (j z = 0). В этом случае плотность электрической мощности представлен как

В этом соотношении переменные η и j x /j y определяются электрической схемой и режимом нагрузки МГД-генератора.Максимальная удельная мощность достигается при η = 0,5, j x /j y = 0, B = B max и Ma = Ma opt . Оптимальное число Маха возникает из-за немонотической зависимости произведения σu 2 от скорости при фиксированных параметрах газа торможения. Максимальное значение σв 2 возникает при следующем условии

Из этого условия следует, что оптимальное течение дозвуковое (Ma opt < 1) для атомарных газов и сверхзвуковое (Ma opt > 1) для молекулярных газов.Для МГД-генераторов, предназначенных для электростанций, оптимальное число Маха Ма опт необходимо определять по условному максимуму σв 2 η(1 — η) при фиксированном значении η 0 = η 0 (Ма , п).

Зависимость электропроводности s от параметров рабочего газа определяется ионизацией атомов и молекул и движением заряженных частиц относительно нейтралов. Для повышения электропроводности вводят небольшой затравочный поток щелочных металлов (К, Cs и др.) с низким потенциалом ионизации добавляется в газообразную рабочую жидкость. Электропроводность достаточно плотных газов определяется плотностью электронов ne и подвижностью μ e , σ = n e e = n e e 2 /m e τ, где e и me – избирательный заряд и масса, τ – среднее время электрон-нейтральных столкновений. Подвижность электронов входит в определение коэффициента Холла, β = μ e B.

При низких степенях ионизации, когда нейтральные частицы обеспечивают большую часть эффективного сечения столкновения электронов, электропроводность является экспоненциальной функцией температуры газа.Такая сильная зависимость электропроводности от температуры ограничивает более низкую рабочую температуру в МГД-генераторе. Минимальная полезная температура на выходе молекулярных газов приблизительно равна 2000 К. При использовании инертных газов в МГД-генераторе замкнутого цикла можно существенно снизить минимальную рабочую температуру за счет неравновесной ионизации.

В МГД-генераторе с неравновесной плазмой повышенная степень ионизации поддерживается за счет джоулева нагрева.Электропроводность зависит от электронной температуры. Для нагревания электронов необходимо иметь высокие значения коэффициента Холла (β ≥ 3). Однако при условии β > 1 в плазме возникает ионизационная неустойчивость. По мере увеличения магнитного поля плазма переходит в состояние ионизационной турбулентности. Одним из способов стабилизации турбулентной плазмы является использование режимов течения с полной ионизацией щелочной затравки. Такой подход успешно реализуется в дисковых МГД-генераторах с неравновесной плазмой.

Электропроводность жидких металлов практически постоянна и достаточно велика для использования индукционной схемы МГД-генератора. В индукционных МГД-генераторах основные потери связаны с трением о стенки и вихревыми токами, наводимыми в безэлектродных каналах.

Наиболее совершенными и технически реализуемыми (с точки зрения исследований и разработок) являются МГД-генераторы кондуктивного типа, использующие газообразные рабочие тела. Наличие эффекта Холла приводит к разнообразию электрических схем таких МГД-генераторов, описание которых приведено ниже.

МГД-генератор Фарадея характеризуется электрической схемой, в которой питание нагрузки осуществляется током, текущим в канале в направлении наведенной электродвижущей силы (по оси ординат на рис. 1). При конечных значениях коэффициента Холла (β ≥ 1) электроды МГД-генератора Фарадея сегментируются и переключаются на индивидуальные нагрузки (см. рис. 3а). Сегментация электродов предотвращает циркуляцию продольного тока в электродах и плазме (j х = 0) и обеспечивает создание аксиального электрического поля (Е х < 0).В сегментированном МГД-канале выходная мощность и КПД достигают максимальных значений. При малых значениях коэффициента Холла (β < 1) сегментация не требуется и используются их сплошные электроды, переключенные на одиночную нагрузку. В канале со сплошными электродами реализуются условия Е х = 0 и j х > 0. Для идеального МГД-генератора Фарадея (бесконечно тонкая сегментация или отсутствие эффекта Холла) электрические характеристики следующие:

где К — параметр нагрузки, определяемый внешней цепью.В МГД-генераторе Холла в нагрузку подается аксиальный ток j x , который переключается на участки сегментированного канала (см. рис. 3б). В каждой секции противоположные электроды закорочены (E y = 0). Выходная мощность генератора Холла ниже, чем у фарадеевского канала при том же КПД. Характеристики холловского канала достигают значений идеального сегментированного фарадеевского канала при β → ∞.

Рисунок 3. Типы МГД-генератора: (а) Фарадея, (б) Холла, (в) Серийного типа.

В серийном МГД-генераторе задано направление вектора электрического поля в канале. Отношение компонент вектора электрического поля определяет угол α между эквипотенциальными линиями и осью канала

Это условие обеспечивается замыканием электродов сегментированного канала по эквипотенциальным линиям (см. рис. 3в). Ток нагрузки последовательного канала содержит обе составляющие электрического тока j x и j y .Последовательный канал преобразуется в канал Холла при α = π/2. Как холловские, так и последовательные каналы могут работать с одной нагрузкой, подключенной к входу и выходу канала. Для любого режима работы канала Фарадея можно сконфигурировать последовательный канал с одинаковыми электрическими характеристиками путем согласования эквипотенциального угла α с условием j x = 0. Но при непроектных условиях характеристики последовательного канала с фиксированные а хуже, чем у канала Фарадея.

Распределения параметров течения по сечению канала неравномерны из-за поверхностного трения и теплообмена на стенках. Основные эффекты, влияющие на протекание электрического тока в МГД-канале, выявляются при усреднении уравнений закона Ома по сечению. Уравнения закона Ома можно усреднить, если принять определенное модельное распределение электрических параметров. В случае модели параллельных эквипотенциалов при введении следующих допущений

усредненные компоненты закона Ома могут быть выражены как

здесь двойные скобки означают усреднение по обеим осям в поперечном сечении канала, J y y не зависит от y, так как нормальная составляющая плотности тока на боковой стенке изолятора равна нулю, E y y не зависит от z, так как электроды считаются идеальными проводниками; коэффициенты G и α определяются как

G-фактор отражает два наиболее важных эффекта в МГД-канале с неравномерным течением, т.е.е., омическое сопротивление электродных слоев и циркуляция тока Холла, протекающего в отрицательном направлении по отношению к оси абсцисс в сердечнике, где электропроводность выше среднего значения, и в положительном направлении при относительно оси x в электродных слоях. Последний эффект усиливается при увеличении коэффициента Холла. Для подавления этого эффекта используется криволинейная конфигурация электродов. На поверхности таких электродов существенна z-компонента электрического тока, которая не индуцирует холловскую электродвижущую силу.

Другой причиной циркуляции холловского тока в канале является замыкание осевого электрического поля Е х элементами конструкции. Например, в канале со сплошными электродами условие Е х 0 и в плазме индуцируется объемный аксиальный ток j x ~ βj y . На рис. 4 проведены линии тока (сплошные кривые) и эквипотенциальные линии (штриховые линии) в сплошном электродном канале для β ≈ 1. Потери, вызванные током Холла, приводят к уменьшению выходной мощности примерно на 1 + раз.Сегментация электродов позволяет поддерживать аксиальное электрическое поле конечной величины E x . При малом отношении шага электродов Δl к расстоянию между противоположными электродами Y (Δl/Y << 1) выполняется условие j x ≈ 0. Однако на поверхности отдельного электрода эффект Холла вызывает асимметричное распределение плотности тока. При увеличении коэффициента Холла β концентрации тока на краях электродов (перед анодом и за катодом) быстро возрастают.

Рисунок 4. Линии тока и эквипотенциальные линии в непрерывном электродном канале.

Неравномерное распределение магнитного поля также может быть причиной короткозамкнутого тока в канале. Обычно наибольшие неоднородности магнитного поля возникают на входе и выходе из канала. При неоднородном распределении магнитного поля B(x) переменная электродвижущая сила ( × ) индуцируется, что может создавать токовые петли в объеме плазмы. На рисунке 4 видны токовые петли в концевых областях канала, где устроен экспоненциальный спад магнитного поля.Одним из способов снижения тока короткого замыкания является загрузка концевых участков канала сегментными электродами по вариации ( × ) по оси x.

Магнитогидродинамическое взаимодействие создает дополнительные неравномерности параметров рабочего тела в потоке. На стенке электрода сила электромагнитного тела ( × ) x , тормозящий поток, вызывает деформацию профиля скорости в пограничном слое.Поскольку вариация ( × ) x поперек пограничного слоя относительно невелико, профиль скорости у стенки электрода становится менее крутым. В МГД-канале при сильном торможении потока может произойти отрыв пограничного слоя. Для предотвращения отрыва пограничного слоя необходимо контролировать скорость торможения МГД-потока. На стенах утеплителя, где электромагнитная массовая сила ( × ) x неравномерно, имеет место обратный эффект (эффект Хартмана).На рисунке 4 показана деформация профиля скорости. Джоулев нагрев выравнивает профиль температуры в пограничном слое и увеличивает приток тепла к стенке канала. Когда поперечная составляющая объемной электромагнитной силы ( × ) y является существенным в МГД-канале, генерируется вторичный поток. Вторичное течение вызывает неравномерное распределение параметров плазмы по периметру поперечного сечения канала и перераспределение электрического поля и тока на стенках канала.

Рисунок 5. Деформация профиля скорости.

Основное влияние на характеристики и надежность МГД-генератора оказывает режим разряда тока на поверхности электрода. Существует три основных режима разряда: диффузный режим, микродуговой и сильноточный дуговой разряд. Имеющиеся теоретические и экспериментальные данные показывают, что переход от одного режима разряда к другому определяется плотностью тока и тепловыми условиями на поверхности электрода.В незамкнутом цикле МГД-генератора диффузный режим разряда возникает при T w ≥ 2000 К и j ≤ 10 4 А/м 2 . При более низкой температуре электрода возникает дуга. Нелинейные дуговые явления приводят к неравномерному распределению тока и потенциала на электродах и к межэлектродному пробою. На межэлектродные дуги действует поперечная электромагнитная сила ( × ) и . Когда сила ( × ) y перемещает дугу в межэлектродный изолятор, керамический материал изолятора локально перегревается и может разрушиться.Именно этот механизм в основном отвечает за выход из строя конструкций МГД-каналов. Во избежание межэлектродного пробоя применяют устройства контроля тока в цепях электродов.

Математическое моделирование течения в МГД-канале основано на уравнениях магнитогидродинамики. Простым уровнем описания МГД-течения является квазиодномерное приближение, использующее усредненные уравнения сохранения и закон Ома и учитывающее все основные эффекты, влияющие на аксиальное распределение газодинамических и электродинамических параметров, а также на интегральные характеристики МГД-генератора.Квазиодномерные уравнения легко корректируются по экспериментальным данным и вполне пригодны для оптимизационных процедур. Для определения оптимального потока три переменные B(x), η(x) и Ma(x) варьируются вдоль канала. Для точного описания пространственной структуры течения и условий на стенках канала решаются двумерные и трехмерные уравнения МГД, в основном, различными численными методами.

ССЫЛКИ

Роза, Р. Дж. (1968) Магнитогидродинамическое преобразование энергии , McGraw-Hill.Нью-Йорк.

Ватажин А.Б., Любимов Г.А., Регирер С.А. (1970) Магнитогидродинамические течения в каналах . Наука, Москва.

Патрик М. и Шумяцкий Б. Я. Под ред. (1979) Магнитогидродинамическое производство электроэнергии с открытым циклом . Совместная публикация США/США, Р., Аргоннская национальная лаборатория, Аргонн, Иллинойс, США.

Трехфазный жидкометаллический вихревой магнитогидродинамический генератор переменного тока

.2021 24 мая; 24 (6): 102644. doi: 10.1016/j.isci.2021.102644. Электронная коллекция 2021 25 июня.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

  • 1 Университет Висконсин-Мэдисон, факультет машиностроения, Мэдисон, Висконсин 53706, США.
  • 2 Университет Висконсин-Мэдисон, факультет электротехники и вычислительной техники, Мэдисон, Висконсин 53706, США.
Бесплатная статья ЧВК

Элемент в буфере обмена

Сиддхарт Радж Гупта и др. iНаука. .

Бесплатная статья ЧВК Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

. 2021 24 мая; 24 (6): 102644. doi: 10.1016/j.isci.2021.102644. Электронная коллекция 2021 25 июня.

Принадлежности

  • 1 Университет Висконсин-Мэдисон, факультет машиностроения, Мэдисон, Висконсин 53706, США.
  • 2 Университет Висконсин-Мэдисон, факультет электротехники и вычислительной техники, Мэдисон, Висконсин 53706, США.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Магнитогидродинамические (МГД) генераторы напрямую преобразуют механическую энергию в электрическую.Однако из-за создания напряжения с малой амплитудой при низких скоростях жидкости они не подходят для электронных устройств, требующих мощности в ваттах. В этой работе представлена ​​вихревая МГД, способная создавать напряжения в масштабе вольт и генерировать мощность в масштабе ватт. Это достигается за счет использования галинстана, высокопроводящей металлической жидкости, которая остается жидкой при комнатной температуре. Предлагаемое устройство содержит рабочее колесо и набор медных катушек, размещенных в ферромагнитном корпусе. В катушках пропускается трехфазный переменный ток, создающий вращающееся магнитное поле.Взаимодействие движущейся проводящей жидкости и вращающегося магнитного поля, регулируемое законом индукции Фарадея, служит механизмом генерации электрического тока. В исследовании исследуется производительность системы и, в частности, изменение мощности в зависимости от параметров системы, таких как скорость жидкости на входе и ток статора.

Ключевые слова: электрические свойства; электричество; энергетика; инженерия; машиностроение; физика.

© 2021 Автор(ы).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.

Цифры

графическая абстракция

Рисунок 1

Настройка модели (A) Геометрия…

Рисунок 1

Настройка модели (A) Геометрия ферромагнитного рабочего колеса.(B) Геометрия стороны…

Фигура 1

Настройка модели (A) Геометрия ферромагнитного рабочего колеса. (B) Геометрия вида сбоку генератора. (C) Геометрия всей модели в сборе. (D) Направление потока жидкости с входом и выходом жидкости. (E) Схема поперечного сечения.

Рисунок 2

Обзор электрооборудования и схема рабочего процесса…

Рисунок 2

Обзор электрических компонентов и схема рабочего процесса (A) Фактические соединения катушек.(B) Схема обмотки катушки…

Фигура 2

Обзор электрических компонентов и схема рабочего процесса (A) Фактические соединения катушек. (B) Схема обмотки катушки. (C) Изменение трехфазного тока. (D) Точная эквивалентная схема для каждой фазы. (E) Эквивалентная схема, приближенная к каждой фазе. (F) Схема, описывающая работу операции генерации.

Рисунок 3

Вращающееся магнитное поле

Рисунок 4

Профиль мощности (A) Вариант…

Рисунок 4

Профиль мощности (A) Изменение мощности, передаваемой от поля статора к ротору,…

Рисунок 4

Профиль мощности (A) Изменение мощности, передаваемой от поля статора к ротору, потери мощности и преобразованная мощность со скольжением.(B) Изменение преобразованной мощности в зависимости от числа оборотов ротора, скорости жидкости на входе и приложенного тока.

Рисунок 5

Пиковая мощность как функция…

Рисунок 5

Пиковая мощность как функция подаваемого тока

Рисунок 5

Пиковая мощность как функция подаваемого тока

Похожие статьи

  • Магнитогидродинамическая визуализация потока ионных растворов с использованием подачи электрического тока и фазовых измерений МР.

    Эроглу Х.Х., Садиги М., Эйюбоглу Б.М. Эроглу Х.Х. и др. Джей Магн Резон. 2019 июнь; 303: 128-137. doi: 10.1016/j.jmr.2019.04.015. Epub 2019 25 апр. Джей Магн Резон. 2019. PMID: 31063921

  • Генератор оптических маятников на основе фотомеханических жидкокристаллических приводов.

    Тан Р, Лю Зи, Сюй Д, Лю Дж, Ю Л, Ю Х. Танг Р. и др.Интерфейсы приложений ACS. 2015 29 апреля; 7 (16): 8393-7. doi: 10.1021/acsami.5b01732. Epub 2015 16 апр. Интерфейсы приложений ACS. 2015. PMID: 25875214

  • Генерация электроэнергии за счет светочувствительного движения ныряния-всплытия функционально взаимодействующего интеллектуального устройства.

    Ян С, Ченг М, Чжан Л, Чжан С, Лю С, Ши Ф. Ян X и др. Adv Mater.2018 июль 20:e1803125. doi: 10.1002/adma.201803125. Онлайн перед печатью. Adv Mater. 2018. PMID: 30028545

  • Преобразование микробной энергии: Этот отчет основан на коллоквиуме, спонсируемом Американской академией микробиологии и состоявшемся 10-12 марта 2006 г. в Сан-Франциско, Калифорния.

    [Нет авторов в списке] [Нет авторов в списке] Вашингтон (округ Колумбия): Американское общество микробиологии; 2006.Вашингтон (округ Колумбия): Американское общество микробиологии; 2006. PMID: 33119231 Бесплатные книги и документы. Рассмотрение.

  • Последние достижения в области органических светоизлучающих устройств с переменным током.

    Пан И, Ся И, Чжан Х, Цю Дж, Чжэн И, Чен И, Хуан В. Пан Ю и др. Adv Mater. 2017 ноябрь;29(44). doi: 10.1002/adma.201701441. Epub 2017 29 сентября. Adv Mater.2017. PMID: 28961338 Рассмотрение.

Рекомендации

    1. Бартлетт М.Д., Марквицка Э.Дж., Маджиди К. Быстрое изготовление мягкой многослойной электроники для носимого биомониторинга. Доп. Функц. Матер. 2016; 26:8496–8504.
    1. Бернштейн И.Б., Фануччи Дж. Б., Фишбек К. Х., Ярем Дж., Корман Н. И., Кулсруд Р. М., Лессен М., Несс Н. Второй симпозиум по инженерным аспектам магнитогидродинамики. Пенсильванский университет; Филадельфия: 1961 г. Безэлектродный МГД-генератор; п. 260.
    1. Каро Ф., Садр Р. Интернет вещей (IoT) в розничной торговле: соединение спроса и предложения. Автобус. Гориз. 2019;62:47–54.
    1. Фан Ф.Р., Тянь З.К., Лин Ван З. Гибкий трибоэлектрический генератор. Нано Энергия. 2012; 1: 328–334.
    1. Гхош А., Хан С.П. Оценка спроса на мобильные приложения в условиях новой экономики. Управлять. науч. 2014;60:1470–1488.

Показать все 20 ссылок

Электроды с платиновым покрытием для магнитогидродинамических генераторов

Принцип работы магнитогидродинамического (МГД) генератора элегантен и обманчиво прост.Электропроводный газ, жидкость или их комбинация вынуждены течь через приложенное магнитное поле, которое создает электромагнитную индукцию в соответствии с законом Ома. Эта концепция была впервые продемонстрирована Майклом Фарадеем в 1832 году в эксперименте, проведенном возле моста Ватерлоо через Темзу в Лондоне, Англия. Фарадей погрузил две медные пластины, соединенные проводом на противоположных берегах реки, и наблюдал, как по проводу течет слабый электрический ток. Приведенное ниже выражение является упрощенной формой закона Ома, который объясняет, что произошло в реке:

где J — плотность индуцированного электрического тока в воде, σ — электропроводность реки, движущейся со скоростью u, B — магнитное поле Земли, а E представляет собой индуцированное электрическое поле.Тот же закон, конечно, применим к любому методу преобразования кинетической энергии в электрическую. Ранние генераторы электроэнергии использовали большие поршневые двигатели для вращения сплошных медных проводников через магнитное поле, а позже технология была усовершенствована за счет использования турбин для вращения проводников. Однако в МГД-генераторе это не сплошной металлический проводник, а газообразный проводник — фактически высокотемпературный ионизированный газ, — который проходит через магнитное поле, создаваемое мощным магнитом.

Существует множество различных геометрий МГД-генераторов и множество различных рабочих жидкостей (1).Первый успешный генератор был построен Р. Дж. Розой в исследовательской лаборатории Avco Everett в 1959 г. (2). Он производил около 11 кВт и использовал аргон в качестве рабочего тела. По ряду причин большинство МГД-исследований, проводимых в настоящее время в Соединенных Штатах Америки, концентрируются на линейных генераторах с продуктами сгорания угля в качестве рабочего тела, электропроводность которых повышается за счет добавления карбоната калия. «семя». Типичный коммерчески жизнеспособный МГД-генератор, работающий на угле, преобразует около 20 процентов потребляемой тепловой мощности в электричество постоянного тока.Следовательно, на выходе из генератора большая часть тепловой энергии все еще находится в газе, но он больше не может использоваться для производства МГД-энергии из-за его низкой электропроводности. Однако этого более чем достаточно для производства пара, который затем используется для питания обычных турбогенераторов. Комбинированный МГД/паровой цикл, показанный на рис. 1, является термодинамически последовательным и электрически параллельным. Он может преобразовывать до 60% энергии угля в электроэнергию по сравнению с 35-40% на обычной электростанции.Кроме того, МГД-генератор удаляет большую часть серы из сточных вод за счет реакции сера/калий, присущей процессу, в то же время оксиды азота восстанавливаются до уровня, значительно более низкого, чем стандарт эффективности нового источника Агентства по охране окружающей среды США ( НСПС). Кроме того, потребность в охлаждающей воде на МГД-электростанции будет значительно меньше, чем на обычной электростанции, что приведет к снижению теплового загрязнения. Экономические и некоторые экологические преимущества комбинированной МГД/паровой электростанции по сравнению с обычной паровой электростанцией показаны на рисунках 2 и 3 соответственно.

Рис. 1

Уголь сжигается в камере сгорания для получения электропроводящего газа, который проходит через магнитное поле в МГД-секции для выработки электроэнергии. Оставшееся тепло затем используется для работы паровой турбины, которая вырабатывает дополнительную электроэнергию обычным способом паровые установки базовой нагрузки (6).Комбинированная электростанция МГД/пароконтурного цикла будет способна производить на 50 % больше энергии из данного количества угля, чем современная паровая электростанция (1 мельница = 0,001 доллара США)

Рис. оксидов азота, производимых на МГД-установке, будет значительно меньше, чем на современной паровой установке той же мощности по выработке электроэнергии, и будет значительно ниже Стандарта эффективности нового источника (NSPS) Агентства по охране окружающей среды США

Из-за его обещания МГД была предметом активных исследований в течение почти трех десятилетий во многих странах мира (3).Усилия активизировались в начале семидесятых годов, и с тех пор многие проблемы, которые тогда казались непреодолимыми, были решены.

Выбранная стратегия, показанная на рис. 4, заключалась в том, чтобы следовать так называемому двухосевому подходу. Вкратце это означало выполнение двух типов экспериментов: первый, эксперименты с высокой мощностью, но короткой продолжительности, направленные на исследование эффектов течения и плазмы, и второй, эксперименты с малой мощностью, с меньшей мощностью, направленные на исследование эффектов, ограничивающих срок службы канала.Этот двойной подход снижал риск развития и был дешевле, чем программа, которая решала все проблемы в одном эксперименте. На рис. 4 обозначены границы прогресса, достигнутого на сегодняшний день. В то время как повышение границы мощности было нетрудно достичь, расширение границы срока службы было очень сложно из-за чрезвычайно жестких условий эксплуатации в канале генератора.

Рис. 4

Эта карта достигнутой выходной мощности и времени работы демонстрирует прогресс, достигнутый в технологии МГД.Для коммерческой жизнеспособности производительность должна находиться в пределах указанной целевой области.

MK I, MK II, MK V, MK VI, MK VII, LDTE, VIKING, Avco Everett Research Laboratory Inc. (AERL Inc.) Эверетт, Массачусетс, США

LORHO, Испытано в Центре инженерных разработок Арнольда, Теннесси, США Разработан и изготовлен AERL Inc.

CDIF, испытан на предприятии по разработке и интеграции компонентов, Бьютт, Монтана, США Изготовлен AERL Inc.

ETL MK V, ETL MK VII, Электротехническая лаборатория, Ибараки, Япония.

ПАМИР-1, УРАЛ, ХИБИНЫ, Переносной твердотопливный ракетный комплекс, СССР U25, Институт высоких температур, Москва, УЦИ СССР, Космический институт Университета Теннесси, Таллахома, США AEDC, Инженерно-конструкторский центр Арнольда, Теннесси, США

В настоящее время Советский Союз наиболее близок к коммерческому поколению МГД. Примерно в 100 милях к востоку от Москвы строится МГД-станция мощностью 500 МВт. Несколько других стран, в том числе США, рассматривают возможность так называемой модернизации МГД, которая представляет собой добавление МГД-цикла долива к существующей обычной паровой установке.

Типичный коммерчески жизнеспособный МГД-генератор, работающий на угле, схематически показанный на рис. 5, может иметь длину от 10 до 20 метров, поперечное сечение потока 2 1 м и сотни пар токосъемных электродов. Стенки генератора подвергаются тепловому потоку, достигающему 400 Вт/см 2 , коррозии/эрозии в результате действия горячего (2500 К) высокоскоростного (1000 м/с) шлакового, сернистого и калийного газового потока, а также электрические поля, локально достигающие 10 кВ/м. Около 50 % внутренней поверхности генератора образуют электроды, показанные на рис. 6.Условия их эксплуатации дополнительно осложняются переносом тока, который может быть как рассеянным, так и суженным (дуговым разрядом). Из двух типов электродов, а именно анодов и катодов (определяемых как эмиттеры электронов), аноды оказались ограничивающим срок службы компонентом генератора и серьезной проблемой проектирования.

Рис. 5

Типичный угольный МГД-генератор может иметь длину от 10 до 20 метров и содержать сотни пар электродов. Электропроводный газ, полученный при сжигании угля, поступает в МГД-генератор при температуре 3000 К, давлении 10 атмосфер и скорости 1000 метров в секунду; уходит в паровой котел при 2400 К и 1 атмосфере

Рис.6

В этой сборке показаны только три анода, но в коммерческом МГД-генераторе потребуются сотни. Передняя кромка каждого водоохлаждаемого электрода защищена электрохимически стойкой металлической оболочкой, а электроды разделены изоляторами из нитрида бора

Разработка анода

Сильная коррозия вызывается электрохимическим воздействием на поверхности анода отрицательно заряженных ионов кислорода и радикалы оксида серы. Эти ионы высвобождаются из угольного шлака за счет переноса тока дуги через слой шлака и переносятся на поверхность анода электрическим полем.Окисление и сульфидирование анодных поверхностей, наряду с плавлением дуги, были основными препятствиями на пути разработки электродов с длительным сроком службы.

Ранние конструкции электродов состояли из литой керамики различных конфигураций в металлических держателях. Для поддержания керамики в горячем состоянии и уменьшения джоулевой диссипации в пограничном слое металлические поверхности со стороны газа работали при высоких температурах и служили токоотводом. В этой конструкции было сведено к минимуму падение напряжения на электроде и потери теплопередачи.Однако быстрое окисление металлических держателей и шлаковое флюсование керамики привели к короткому сроку службы. Чтобы достичь продолжительности, необходимой для центральных электростанций, конструкции электродов эволюционировали в сторону более низких температур металла и минимальных керамических поверхностей, что согласуется с образованием и сохранением сплошного слоя шлака.

В 1978 году был достигнут важный рубеж. 500-часовое испытание было проведено в два этапа, с полной разборкой в ​​середине 250-часового испытания.При этом осмотре слабые места каждой конструкции электродов были очевидны. Очевидно, что наплавка из никелевого сплава, использованная для анодной защиты в межэлектродных промежутках, не обладала достаточной стойкостью к окислению. Поэтому были внесены изменения в конструкцию небольшого количества анодов и катодов, которые затем были включены во второй 250-часовой сегмент испытаний. В модифицированных анодах использовалась платиновая плакировка толщиной 0,010 дюйма на анодных поверхностях, а передний угол был усилен квадратным платиновым стержнем размером 0,62 дюйма.Сравнение результатов коррозии в течение 250 часов для исходной и модифицированной конструкций показано на рис. 7. Резкое улучшение очевидно в модифицированной платиновой конструкции.

Рис. 7

В 1978 г. значительное увеличение срока службы анода было достигнуто за счет покрытия входной кромки и анодных поверхностей платиной. Эти результаты 250-часового испытания показывают, что эрозия электрода, связанная с более ранней конструкцией анода (слева), была предотвращена на модификации с платиновым покрытием (справа).Поток плазмы слева направо

Ни одно из этих испытаний длительности не проводилось с серой в плазме, как в случае сжигания угля. Поэтому затем была проведена серия испытаний меньшей продолжительности (от 30 до 50 часов) с добавками серы в количествах, аналогичных количествам, присутствующим в продуктах сгорания обычных углей, с содержанием серы 0,5 и 5 процентов, имитирующих Монтану Роузбад и Иллинойс. 6 углей соответственно. При поиске электродов и, в частности, анодов с достаточной надежностью и долговечностью для удовлетворения требований промышленной эксплуатации было оценено большое количество конфигураций и материалов-кандидатов.Благородными металлами, испытанными для использования в качестве плакирующих материалов, были платина, сплавы платины, родия и иридия, палладий и золото. Были установлены следующие основные критерии проектирования электродов:

  • Массивный, хорошо охлаждаемый корпус электрода с высокой температуропроводностью (медь) для замедления электролитической активности и гашения электрических дуг;

  • Анодированные поверхности, защищенные тонкой оболочкой из стойкого к окислению и сере материала;

  • Хорошо охлаждаемые межэлектродные изоляторы с хорошей теплопроводностью для уменьшения утечки тока и/или пробоя напряжения;

  • Поверхность, покрытая шлаком, для защиты металлических электродов от механической эрозии при ударе частиц и для снижения их рабочей температуры, а также для минимизации потерь тепла с охлаждающей водой.

Различные конструкции анодов, отвечающие этим критериям, были недавно испытаны на более чем 1000 часов работы (4). Две из наиболее успешных конфигураций показаны на рис. 8. Они представляют собой современную конструкцию анода и изготовлены из водоохлаждаемой меди с прикрепленной оболочкой, стойкой к окислению и сере. Обе конструкции имеют входные края, армированные платиной, поскольку осевое поле Холла создает концентрации тока вдоль этого края. В конфигурации №.1 остальные анодные поверхности покрыты платиновой фольгой, а в конфигурации № 2 используется нержавеющая сталь, не содержащая никеля. Другие протестированные аноды представляли собой вариации этих двух основных конструкций, а плакирование выполнялось пайкой в ​​вакуумной печи золото-никелевым сплавом.

Рис. 8

Две конфигурации МГД-анода недавно были протестированы в течение более 1000 часов в силовой передаче Avco Mark VII. Водоохлаждаемые медные электроды защищены от окисления и сульфидирования платиной в конфигурации No.1 и платиной плюс нержавеющая сталь в конфигурации № 2

1000-часовое испытание было проведено на установке Avco Everett, показанной на рис. 9. Горение угля было смоделировано путем вдувания летучей золы и диоксида серы в камеру сгорания, работающую на жидком топливе, массовая доля серы составляет 0,18% от общего массового расхода. Генератор имеет длину один метр и 56 пар электродов. На рис. 10 показаны средние значения плотности тока, холловского (аксиального) электрического поля и плотности электрической мощности в зависимости от номера электрода.Также показано расположение двух основных конфигураций анода (рис. 8).

Рис. 9

Показаны основные компоненты силовой передачи МГД Avco Mark VII, 56 пар электродов расположены в канале длиной один метр, который производит номинальную мощность 55 кВт

Рис. 10

Результаты и обсуждение

По завершении испытания были проведены визуальные наблюдения и полная фотозапись. из каждой стенки канала.Стены были тщательно очищены от налипшего шлака и разобраны для индивидуальных взвешиваний и фотодокументирования. Образцы шлака были подвергнуты детальному анализу.

Общий вид анодов после 1000-часового испытания был превосходным. На рис. 11 и 12 показано послеиспытательное состояние анодов проектных конфигураций № 1 и № 2 после удаления шлакового слоя.

Рис. 11

Магнитогидродинамические аноды конфигурации № 1 после 100 часов выработки электроэнергии показывают, что защита передней кромки и анодных поверхностей платиной снизила эрозию/коррозию анода до уровней, которые позволяют предположить, что плакированные платиной аноды могут быть используется в особо жестких условиях, сложившихся в первой (верхней) трети МГД-канала (плазма течет слева направо)

Рис.12

После 100-часовых испытаний удовлетворительное состояние плакированных платиной и нержавеющей сталью анодов конфигурации № 2 позволило продолжить испытания. На основании полученных результатов предполагается, что эта конфигурация анода может быть использована в средней трети коммерческого МГД канала часы мощности. Потеря массы для всех электродов в канале представлена ​​на рисунке 13.За исключением крайних концов генератора — электродов с 1 по 7 и с 46 по 56 — распределение потерь напоминает профиль плотности тока, показанный на рисунке 10. Это указывает на то, что основной переменной является общий заряд, переносимый электродом, как показано на графике. Рис. 14. Наклоны линий, аппроксимированных по двум наборам данных, соответствуют скорости эрозии 0,11 µ г/кулон для платиновых электродов и 0,24 µ г/кулон для электродов из платины/нержавеющей стали.Кроме того, данные показывают нулевую потерю массы при нулевом токе для платиновых электродов, но для электродов из платины/нержавеющей стали наблюдается конечная потеря массы даже при нулевом токе. Таким образом, очевидно, что все или почти все потери платины происходят из-за электрической дуги или электрохимического воздействия, тогда как потери нержавеющей стали частично связаны с механической и/или химической эрозией.

Рис. 13

За исключением двух концов МГД-канала, распределение потери массы во время 1000-часового испытания напоминает профиль плотности тока, показанный ранее на Рис. 10

Рис.14

Эти графики зависимости потери массы от переносимого электрического заряда показывают, что аноды, плакированные платиной, подвергаются эрозии со скоростью 0,11 мкм г/кулон, в то время как аноды, защищенные платиной и нержавеющей сталью, теряют металл со скоростью 0,24 мкм г/кулон

○ платина и нержавеющая сталь, конфигурация № 2, на 1000 часов

• платина и нержавеющая сталь, конфигурация № 2, 500 часов

▵ платина и нержавеющая сталь, конфигурация №1, на 1000 часов

▴ платина и нержавеющая сталь, конфигурация № 1 на 500 часов

Детальный анализ выбранных анодов показывает, что основной причиной потери массы является плавление и испарение, вызванное дуговым разрядом. На рис. 15, сканирующей электронной микрофотографии, показана дорожка дуги на поверхности платинового электрода (5), а на рис. 16 показана точка окончания дуги на платиновой поверхности того же электрода. Оба отчетливо показывают плавление. Дальнейший анализ поверхности аналогичных электродов не обнаружил соединений платины/серы (5).Таким образом, все данные указывают на то, что плавление и испарение являются основной причиной потери платины. Однако другие эксперименты показывают, что уровень концентрации серы действительно влияет на скорость потери платины из-за реакции с локальным расплавленным металлом.

Рис. 15

Этот след дуги на поверхности электрода, плакированного платиной, как видно под сканирующим электронным микроскопом, указывает на плавление платины; данные свидетельствуют о том, что плавление и испарение являются основными причинами потери платины.Направления потока плазмы и движения дуги сверху вниз на микрофотографии, воспроизведенной здесь при увеличении примерно в 600 раз. Перепечатано из ссылки (5)

Рис. 16

Точка прекращения дуги на поверхности электрода, плакированного платиной, снова показывает плавление платины, что указывает на то, что это является причиной потери платины при выработке электроэнергии. Увеличение здесь примерно ×1200. Перепечатано из ссылки (5)

Экстраполяция 1000-часовых измерений эрозии, сделанных на конструкции анода с платиновым покрытием, показывает, что срок службы электрода составляет приблизительно 7500 часов.Это предполагает равномерную рецессию металла и основано на плотности тока 0,6 А/см 2 . В оптимизированной паровой МГД-электростанции с базовой нагрузкой 500 МВт канал МГД будет иметь следующий профиль плотности тока:

  • передняя треть: от 0,8 до 0,5 А/см 2

  • средняя треть: от 0,5 до 0,25 А/см см 2

  • задняя треть: от 0,25 до 0,10 А/см 2

таким образом, на основании недавних результатов испытаний, рекомендуемая конфигурация анодов для обеспечения срока службы от 6000 до 70000 часов будет

  • передняя треть: верхний угол из платины + анодированная поверхность из платины

  • средняя треть: верхний угол из платины + анодированная поверхность из нержавеющей стали

  • задняя треть: анодированная поверхность из нержавеющей стали.

Платина, необходимая для электродов генератора мощностью 500 МВт, составит 4500 тройских унций, что составляет около 0,1% мирового годового производства, и будет стоить около 1,2 млн долларов США в сегодняшних ценах. Это составляет менее 0,5% от расчетной стоимости электростанции и добавит не более 0,05 цента за кВтч к расчетной стоимости электроэнергии. Эта стоимость может быть снижена за счет регенерации платины, оставшейся на выброшенных электродах или захваченной в шлаке. Однако количество трудно оценить, и поэтому предполагалось нулевое извлечение платины.Таким образом, ни стоимость, ни доступность не помешают использованию платины для этого потенциально важного применения.

Продолжаются испытания анодов, плакированных платиной и платиной и нержавеющей сталью, с целью демонстрации 2000 часов работы. На сегодняшний день электроды наработали около 1300 часов. Параллельно ведутся фундаментальные исследования дугового разряда и дуговой эрозии на платиновых электродах.

ENEFLOW® Магнитогидродинамика (МГД) — ENECON

Гидродинамические силовые элементы ENEFLOW

Магнитогидродинамика (МГД)

Магнитогидродинамика (часто сокращенно МГД) — относительно молодая научная дисциплина.Проще говоря, это относится к принципам движения жидкости под действием магнитного поля. Разработанный главным образом в течение последних трех десятилетий или около того, он едва достиг зрелости. Ученым известно, например, что формирование Вселенной каким-то образом зависело от принципов МГД, но его точная роль еще неизвестна.

Тем не менее, в последние годы магнетизм находится на переднем крае драматических новых технологий, применяемых в медицине, ядерной технике, термодинамике, двигателестроении и транспорте.Примеры включают МРТ, магнитно-резонансную томографию, которые произвели революцию в диагностической медицине. Другие практические приложения магнитогидродинамики включают в себя движение кораблей без гребных винтов и поездов без колес!

Основываясь на этих выдающихся разработках, наши исследователи и инженеры теперь перенесли технологию повышения производительности систем с потоком жидкости в 21-й век за счет применения магнитогидродинамики для контроля образования минеральной накипи и коррозии, вызванной накипью.

Наши запатентованные гидродинамические силовые ячейки ENEFLOW могут устранять и контролировать образование накипи во всех типах систем потока жидкости, вызванное растворением диамагнитных солей земли в жесткой воде, сводя к минимуму, а иногда и устраняя потребность в химикатах или сложном оборудовании для обслуживания. Наиболее распространенными из этих минералов, конечно же, являются кальций и магний. Кроме того, когда гидродинамические силовые ячейки ENEFLOW установлены в системе с потоком жидкости, они могут улучшить бактерицидную функцию дезинфицирующих средств, ускорить диффузию реагентов и повысить эффективность ионообменных смол.

Революционные магнитные цепи ENEFLOW включают в себя многополюсные, многоосевые генераторы постоянного магнитного потока, которые уникальным образом концентрируют магнитные силы для максимального эффекта удаления накипи.

Гидродинамические силовые элементы ENEFLOW — единственные доступные магнитопроводы, в которых используется металлическая смесь никеля, кобальта, алюминия и неодима, железа и бора, химически связанных с магнитокерамическим ферритом. Полученные в результате генераторы магнитного потока демонстрируют исключительные характеристики обработки жидкости и являются следующим поколением прикладной МГД-технологии для контроля минеральных отложений во всех типах систем потока жидкости.

Хотя наиболее распространенной жидкостью является вода, системы ENEFLOW подходят для различных типов жидкостей, включая сырую нефть, бензин, дизельное топливо и топливо для отопления, пар низкого давления, соленую воду, сточные воды, зеленую воду. черный щелок на целлюлозно-бумажных комбинатах и ​​т. д. Список областей применения ограничен только химическим составом жидкости, скоростью, температурой и вашим собственным инженерным воображением.

Гидродинамические силовые ячейки ENEFLOW неинвазивны и устанавливаются вокруг трубы.Нет необходимости врезаться в линию, чтобы подключить систему. Внешний источник энергии не требуется, а силовые элементы ENEFLOW полностью не требуют технического обслуживания. Кроме того, они на 100% безопасны для окружающей среды.

  • электростанции/ядерные и ископаемые
  • нефтехимические заводы
  • целлюлозно-бумажные комбинаты
  • предприятия пищевой промышленности
  • отделы парков
  • школы
  • больниц
  • исправительные учреждения
  • фармацевтические заводы
  • отелей/мотелей

Wikizero — Магнитогидродинамический генератор

Магнитогидродинамический генератор ( MHD генератор ) представляет собой магнитогидродинамический преобразователь, который использует цикл Брайтона для преобразования тепловой энергии и кинетической энергии непосредственно в электричество.МГД-генераторы отличаются от традиционных электрических генераторов тем, что они работают без движущихся частей (например, без турбины), чтобы ограничить верхнюю температуру. Таким образом, они обладают самой высокой известной теоретической термодинамической эффективностью среди всех методов генерации электроэнергии. МГД была широко разработана в качестве верхнего цикла для повышения эффективности производства электроэнергии, особенно при сжигании угля или природного газа. Горячий выхлопной газ МГД-генератора может нагревать котлы паровой электростанции, повышая общий КПД.

Генератор МГД, как и обычный генератор, основан на перемещении проводника через магнитное поле для генерации электрического тока. В МГД-генераторе в качестве движущегося проводника используется горячий проводящий ионизированный газ (плазма). Механическое динамо, напротив, использует для этого движение механических устройств.

Практические МГД-генераторы были разработаны для ископаемого топлива, но их обогнали менее дорогие комбинированные циклы, в которых выхлоп газовой турбины или топливный элемент с расплавленным карбонатом нагревает пар для питания паровой турбины.

МГД-динамо являются дополнением к МГД-ускорителям, которые применяются для перекачивания жидких металлов, морской воды и плазмы.

Природные МГД-динамо являются активной областью исследований в области физики плазмы и представляют большой интерес для геофизиков и астрофизиков, поскольку магнитные поля Земли и Солнца создаются этими природными динамо-машинами.

Принцип[править]

Закон силы Лоренца описывает эффекты движения заряженной частицы в постоянном магнитном поле.Простейшая форма этого закона дается векторным уравнением.

F = Q (v × B) {\ displaystyle \ mathbf {F} = Q (\ mathbf {v} \ times \ mathbf {B})}

, где

  • F — действующая сила на частицу.
  • Q — заряд частицы,
  • v — скорость частицы,
  • B — магнитное поле.

Вектор F перпендикулярен как v , так и B согласно правилу правой руки.

Производство электроэнергии Этого увеличения можно добиться нагреванием газа до состояния плазмы или добавлением других легко ионизируемых веществ, таких как соли щелочных металлов. На практике при реализации генератора

МГД необходимо учитывать ряд вопросов: эффективность генератора, экономичность и токсичные побочные продукты.На эти проблемы влияет выбор одной из трех конструкций МГД-генератора: генератор Фарадея, генератор Холла и дисковый генератор.

Генератор Фарадея[править]

Генератор Фарадея назван в честь человека, впервые обнаружившего эффект в Темзе (см. историю). Простой генератор Фарадея будет состоять из клиновидной трубы из какого-либо непроводящего материала. Когда через трубку течет электропроводящая жидкость, в присутствии значительного перпендикулярного магнитного поля в поле индуцируется напряжение, которое можно снять в виде электроэнергии, разместив электроды по бокам под углом 90 градусов к магнитному полю. поле.

Существуют ограничения на плотность и тип используемого поля. Количество энергии, которое можно извлечь, пропорционально площади поперечного сечения трубки и скорости проводящего потока. Этот процесс также охлаждает и замедляет проводящее вещество. Генераторы МГД обычно снижают температуру проводящего вещества с температуры плазмы до чуть более 1000 °C.

Основная практическая проблема генератора Фарадея заключается в том, что дифференциальные напряжения и токи в жидкости замыкают электроды по бокам канала.Самые мощные потери – это ток на эффекте Холла. Это делает канал Фарадея очень неэффективным. Большинство дальнейших усовершенствований МГД-генераторов пытались решить эту проблему. Оптимальное магнитное поле на МГД-генераторах канальной формы имеет форму седла. Чтобы получить это поле, большому генератору требуется чрезвычайно мощный магнит. Многие исследовательские группы с переменным успехом пытались приспособить для этой цели сверхпроводящие магниты. (Для справки см. обсуждение КПД генератора ниже.)

Генератор Холла (См. иллюстрацию.) Эта конструкция имеет массивы коротких сегментированных электродов по бокам воздуховода. Первый и последний электроды в канале питают нагрузку. Каждый другой электрод закорочен на электрод на противоположной стороне воздуховода. Эти короткие замыкания тока Фарадея индуцируют сильное магнитное поле внутри жидкости, но в хорде окружности под прямым углом к ​​току Фарадея.Это вторичное индуцированное поле заставляет ток течь в форме радуги между первым и последним электродами.

Потери меньше, чем в генераторе Фарадея, а напряжения выше, потому что меньше короткое замыкание конечного индуцированного тока.

Однако у этой конструкции есть проблемы, поскольку скорость потока материала требует смещения средних электродов, чтобы «улавливать» токи Фарадея. По мере изменения нагрузки скорость потока жидкости меняется, что приводит к смещению тока Фарадея с его предполагаемыми электродами и делает эффективность генератора очень чувствительной к его нагрузке.

Дисковый генератор[править]

Схема дискового МГД-генератора, показывающая протекание тока

Третьей и на данный момент наиболее эффективной конструкцией является дисковый генератор на эффекте Холла. Эта конструкция в настоящее время является рекордсменом по эффективности и плотности энергии для генерации МГД. В дисковом генераторе жидкость течет между центром диска и каналом, обернутым вокруг края. (Каналы не показаны.) Магнитное поле возбуждения создается парой круглых катушек Гельмгольца над и под диском.(Катушки не показаны.)

Токи Фарадея протекают в идеальном коротком замыкании по периферии диска.

Токи на эффекте Холла протекают между кольцевыми электродами рядом с центральным каналом и кольцевыми электродами рядом с периферийным каналом.

Широкий плоский поток газа уменьшил расстояние, а значит и сопротивление движущейся жидкости. Это повышает эффективность.

Еще одним значительным преимуществом этой конструкции является то, что магниты более эффективны. Во-первых, они вызывают простые параллельные силовые линии.Во-вторых, поскольку жидкость обрабатывается в диске, магнит может быть ближе к жидкости, и в этой магнитной геометрии напряженность магнитного поля увеличивается в 7-й степени расстояния. Наконец, генератор компактен для своей мощности, поэтому и магнит меньше. Полученный магнит использует гораздо меньший процент генерируемой мощности.

КПД генератора[править]

КПД прямого преобразования энергии при МГД-генерации возрастает с увеличением напряженности магнитного поля и проводимости плазмы, которая напрямую зависит от температуры плазмы, а точнее от температуры электронов.Поскольку очень горячую плазму можно использовать только в импульсных МГД-генераторах (например, с использованием ударных труб) из-за быстрой термической эрозии материала, было предусмотрено использовать нетепловую плазму в качестве рабочих тел в стационарных МГД-генераторах, где сильно нагреваются только свободные электроны. (10 000–20 000 кельвинов), в то время как основной газ (нейтральные атомы и ионы) остается при гораздо более низкой температуре, обычно 2500 кельвинов. Цель состояла в том, чтобы сохранить материалы генератора (стенки и электроды), улучшив при этом ограниченную проводимость таких плохих проводников до того же уровня, что и плазма в термодинамическом равновесии; я.е. полностью нагрет до более чем 10 000 кельвинов, температуры, которую не может выдержать ни один материал. [1] [2] [3] [4]

Но Евгений Велихов впервые теоретически в 1962 г. и экспериментально в 1963 г. в любом МГД-преобразователе с использованием замагниченной нетепловой плазмы с горячими электронами при достижении критического параметра Холла, следовательно, в зависимости от степени ионизации и магнитного поля. [5] [6] [7] Такая нестабильность сильно ухудшает работу неравновесных МГД-генераторов. Перспективы этой технологии, которая изначально предсказывала потрясающую эффективность, нанесли ущерб программам МГД во всем мире, поскольку в то время не было найдено решения для смягчения нестабильности. [8] [9] [10] [11]

Следовательно, без реализации решений по преодолению электротермической нестабильности практические МГД-генераторы должны были ограничивать параметр Холла или использовать умеренно нагретую тепловую плазму вместо холодная плазма с горячими электронами, что сильно снижает эффективность.

По состоянию на 1994 год рекорд эффективности дисковых МГД-генераторов с замкнутым циклом в 22 % принадлежит Токийскому техническому институту. Пиковая энтальпия извлечения в этих опытах достигала 30,2%. Типичные МГД-генераторы открытого цикла с холлом и каналом ниже, около 17%. Этот КПД сам по себе делает МГД непривлекательным для производства электроэнергии, поскольку обычные электростанции с циклом Ренкина легко достигают 40%.

Однако выхлоп МГД-генератора, работающего на ископаемом топливе, почти такой же горячий, как пламя.Направляя свои выхлопные газы в теплообменник для турбины по циклу Брайтона или парогенератора по циклу Ренкина, МГД может преобразовывать ископаемое топливо в электричество с предполагаемой эффективностью до 60 процентов по сравнению с 40 процентами типичной угольной электростанции.

Магнитогидродинамический генератор также может быть первой ступенью реактора с газовым сердечником. [12]

Проблемы с материалами и конструкциейМатериалы не должны плавиться или подвергаться коррозии при очень высоких температурах. Для этой цели была разработана экзотическая керамика, и ее необходимо выбирать так, чтобы она была совместима с топливом и ионизационным затравочным элементом. Экзотические материалы и сложные методы изготовления способствуют высокой стоимости МГД-генераторов.

Кроме того, МГД лучше работают с более сильными магнитными полями. Самые успешные магниты были сверхпроводящими и очень близкими к каналу. Основная трудность заключалась в охлаждении этих магнитов при их изоляции от канала.Проблема усугубляется тем, что магниты работают лучше, когда они находятся ближе к каналу. Также существует серьезный риск повреждения горячей хрупкой керамики из-за дифференциального термического растрескивания. Магниты обычно близки к абсолютному нулю, а канал — в несколько тысяч градусов.

Сообщалось, что для МГД как глинозем (Al 2 O 3 ), так и пероксид магния (MgO 2 ) подходят для изоляционных стен. Перекись магния разлагается во влажной среде. Глинозем водостойкий и может быть изготовлен достаточно прочным, поэтому на практике большинство МГД использовали глинозем для изоляционных стен.

Для электродов чистых МГД (т. е. сжигающих природный газ) хорошим материалом была смесь 80 % CeO 2 , 18 % ZrO 2 и 2 % Ta 2 O 5 . [13]

МГД, работающие на угле, имеют сильно коррозионную среду со шлаком. Шлак защищает и разъедает МГД-материалы. В частности, миграция кислорода через шлак ускоряет коррозию металлических анодов. Тем не менее, очень хорошие результаты были получены с электродами из нержавеющей стали при температуре 900 К. [14] Другим, возможно, лучшим вариантом является шпинельная керамика FeAl 2 O 4 — Fe 3 O 4 . Сообщалось, что шпинель имеет электронную проводимость, отсутствие резистивного реакционного слоя, но с некоторой диффузией железа в оксид алюминия. Диффузию железа можно было контролировать с помощью тонкого слоя очень плотного оксида алюминия и водяного охлаждения как электродов, так и изоляторов из оксида алюминия. [15]

Присоединение высокотемпературных электродов к обычным медным шинам также является сложной задачей.Обычными методами наносят слой химической пассивации и охлаждают шину водой. [13]

Экономика Достижения в области турбин на природном газе позволили добиться аналогичного теплового КПД при меньших затратах за счет того, что выхлоп турбины приводит в действие паровую установку с циклом Ренкина. Чтобы получить больше электроэнергии из угля, дешевле просто добавить больше низкотемпературных парогенерирующих мощностей.

МГД-генератор, работающий на угле, представляет собой тип энергетического цикла Брайтона, аналогичный энергетическому циклу турбины внутреннего сгорания. Однако, в отличие от турбины внутреннего сгорания, здесь нет движущихся механических частей; электропроводящая плазма обеспечивает движущийся электрический проводник. Боковые стенки и электроды просто выдерживают внутреннее давление, в то время как проводники анода и катода собирают генерируемое электричество. Все циклы Брайтона являются тепловыми двигателями. Идеальные циклы Брайтона также имеют идеальный КПД, равный КПД идеального цикла Карно.Таким образом, потенциал высокой энергоэффективности МГД-генератора. Все циклы Брайтона имеют более высокий потенциал эффективности, чем выше температура обжига. В то время как максимальная температура турбины внутреннего сгорания ограничена силой ее вращающихся аэродинамических профилей с воздушно-водяным или паровым охлаждением; в МГД-генераторе с открытым циклом нет вращающихся частей. Эта верхняя граница температуры ограничивает энергоэффективность турбин внутреннего сгорания. Верхняя граница температуры цикла Брайтона для МГД-генератора не ограничена, поэтому МГД-генератор по своей сути обладает более высокой потенциальной способностью к энергоэффективности.

Температуры, при которых могут работать линейные МГД-генераторы, работающие на угле, ограничиваются факторами, которые включают: (a) температуру сжигания топлива, окислителя и предварительного нагрева окислителя, которые ограничивают максимальную температуру цикла; (б) возможность защиты боковин и электродов от оплавления; (c) способность защищать электроды от электрохимического воздействия горячего шлака, покрывающего стенки, в сочетании с сильным током или дугами, которые воздействуют на электроды, поскольку они отводят постоянный ток от плазмы; и (d) способностью электрических изоляторов между каждым электродом.МГД-установки, работающие на угле, с предварительным нагревом кислород/воздух и высоким содержанием окислителя, вероятно, будут обеспечивать плазму с затравкой калием при температуре около 4200 °F, давлении 10 атмосфер и начнут расширение при скорости 1,2 Маха. Эти установки будут утилизировать тепло выхлопных газов МГД для предварительного нагрева окислителя и для производства пара в комбинированном цикле. С агрессивными предположениями, одно технико-экономическое обоснование, финансируемое Министерством энергетики, о том, куда может пойти технология, Концептуальный проект усовершенствованной угольной МГД / паровой электростанции с бинарным циклом мощностью 1000 МВт, опубликованный в июне 1989 года, показало, что большая угольная МГД-электростанция с комбинированным циклом может достичь энергоэффективности HHV, приближающейся к 60 процентам, что намного выше, чем у других технологий, работающих на угле, поэтому существует потенциал для низких эксплуатационных расходов.

Однако испытаний в таких агрессивных условиях или размерах еще не проводилось, и в настоящее время не проводятся испытания крупных МГД-генераторов. Существует просто недостаточный послужной список надежности, чтобы обеспечить уверенность в коммерческой конструкции МГД, работающей на угле.

МГД-испытания U25B в России с использованием природного газа в качестве топлива с использованием сверхпроводящего магнита имели мощность 1,4 мегаватта. Серия испытаний МГД-генератора, работающего на угле, финансируемая Министерством энергетики США (DOE) в 1992 году, производила МГД-энергию от более крупного сверхпроводящего магнита в Центре разработки и интеграции компонентов (CDIF) в Бьютте, штат Монтана.Ни одно из этих испытаний не проводилось достаточно долго, чтобы проверить коммерческую надежность технологии. Ни одна из испытательных установок не была достаточно крупной для коммерческой установки.

Сверхпроводящие магниты используются в больших МГД-генераторах для устранения одной из больших паразитных потерь: мощности, необходимой для питания электромагнита. Сверхпроводящие магниты после зарядки не потребляют энергии и могут создавать интенсивные магнитные поля силой 4 тесла и выше. Единственная паразитная нагрузка для магнитов — поддерживать охлаждение и компенсировать небольшие потери для не сверхкритических соединений.

Из-за высоких температур непроводящие стенки канала должны быть изготовлены из чрезвычайно термостойкого материала, такого как оксид иттрия или диоксид циркония, для замедления окисления. Точно так же электроды должны быть как проводящими, так и термостойкими при высоких температурах. МГД-генератор AVCO, работающий на угле, в CDIF был испытан с медными электродами с водяным охлаждением, покрытыми платиной, вольфрамом, нержавеющей сталью и электропроводящей керамикой.

Токсичные побочные продукты[править]

МГД сокращает общее производство опасных отходов ископаемого топлива, поскольку повышает эффективность предприятия.На угольных электростанциях MHD запатентованный коммерческий процесс «Econoseed», разработанный в США (см. Ниже), перерабатывает семена ионизации калия из летучей золы, улавливаемой скруббером дымовых газов. Однако это оборудование является дополнительным расходом. Если расплавленный металл является якорной жидкостью МГД-генератора, необходимо соблюдать осторожность с охлаждающей жидкостью электромагнитов и канала. Щелочные металлы, обычно используемые в качестве МГД-жидкостей, бурно реагируют с водой. Кроме того, химические побочные продукты нагретых, наэлектризованных щелочных металлов и канальной керамики могут быть ядовитыми и стойкими для окружающей среды.

История[править]

Первое практическое исследование МГД-энергетики было профинансировано в 1938 году в США компанией Westinghouse в ее лабораториях в Питтсбурге, штат Пенсильвания, во главе с венгром Белой Карловиц. Первоначальный патент на МГД выдан Б. Карловицем, патент США № 2 210 918, «Процесс преобразования энергии», 13 августа 1940 г.

Вторая мировая война прервала разработку. В 1962 году в Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания, доктором Брайаном С. была проведена Первая международная конференция по МГД-энергетике.Линдли из International Research and Development Company Ltd. Группа создала руководящий комитет для организации дальнейших конференций и распространения идей. В 1964 году группа организовала вторую конференцию в Париже, Франция, в консультации с Европейским агентством по ядерной энергии.

Поскольку членство в ENEA было ограничено, группа убедила Международное агентство по атомной энергии спонсировать третью конференцию в Зальцбурге, Австрия, в июле 1966 года. В результате переговоров на этой встрече руководящий комитет был преобразован в группу периодической отчетности, ILG-MHD. (международная группа связи, MHD) в рамках ENEA, а позже, в 1967 г., также в рамках Международного агентства по атомной энергии.Дальнейшие исследования, проведенные Р. Розой в 1960-х годах, установили практичность МГД для систем, работающих на ископаемом топливе.

В 1960-х годах компания AVCO Everett Aeronautical Research начала серию экспериментов, завершившихся созданием Mk. Генератор V 1965 года. Он вырабатывал 35 МВт, но использовал около 8 МВт для привода своего магнита. В 1966 году ILG-MHD провела свое первое официальное собрание в Париже, Франция. Он начал выпускать периодический отчет о состоянии в 1967 году. Эта модель сохранялась в этой институциональной форме до 1976 года. К концу 1960-х годов интерес к МГД снизился, поскольку ядерная энергия стала более доступной.

В конце 1970-х, когда интерес к ядерной энергетике снизился, интерес к МГД возрос. В 1975 году ЮНЕСКО убедилась, что MHD может быть наиболее эффективным способом использования мировых запасов угля, и в 1976 году спонсировала ILG-MHD. В 1976 году стало ясно, что ни один ядерный реактор в ближайшие 25 лет не будет использовать МГД, поэтому Международное агентство по атомной энергии и ENEA (оба ядерных агентства) отказались от поддержки ILG-MHD, оставив ЮНЕСКО в качестве основного спонсора ILG-MHD. МГД.

Разработка в бывшей Югославии, Сараево, в 1989 году построили первый экспериментальный электрогенератор магнито-гидродинамической установки. Именно здесь он был впервые запатентован.

[16] [17]

Разработка в США (CDIF) в Бьютте, штат Монтана. В рамках этой программы также была проведена значительная работа на установке для сжигания угля в потоке (CFIFF) в Космическом институте Университета Теннесси.

Эта программа состояла из четырех частей:

  1. Интегрированный цикл обработки МГД с каналами, электродами и блоками управления током, разработанный компанией AVCO, позже известной как Textron Defense of Boston. Эта система представляла собой канальный генератор на эффекте Холла, обогреваемый пылевидным углем, с затравкой ионизации калия. AVCO разработала знаменитый Mk. генератор V, и имел значительный опыт.
  2. Интегрированный донный цикл, разработанный в CDIF.
  3. Компания TRW разработала установку для регенерации затравки ионизации.Карбонат калия отделяют от сульфата летучей золы из скрубберов. Карбонат удаляют, чтобы восстановить калий.
  4. Метод интеграции МГД в существующие угольные электростанции. Министерство энергетики заказало два исследования. Компания Westinghouse Electric провела исследование на базе завода Scholtz компании Gulf Power в Снидсе, штат Флорида. Корпорация MHD Development Corporation также провела исследование, основанное на заводе JE Corrette Plant компании Montana Power Company из Биллингса, штат Монтана.

Первоначальные прототипы в CDIF эксплуатировались в течение короткого времени с различными углями: Montana Rosebud и коррозионно-активным углем с высоким содержанием серы, Illinois No.6. Завершена большая работа по инженерии, химии и материаловедению. После того, как были разработаны окончательные компоненты, эксплуатационные испытания завершились 4000 часов непрерывной работы, 2000 часов на Montana Rosebud, 2000 часов на Illinois No. 6. Испытания закончились в 1993 году.

Японская программа в конце 1980-х была сосредоточена на МГД замкнутого цикла. Предполагалось, что он будет иметь более высокую эффективность и меньшее оборудование, особенно в чистых, небольших, экономичных установках мощностью около 100 мегаватт (электрических), которые подходят для японских условий.Обычно считается, что угольные электростанции открытого цикла становятся экономичными при мощности выше 200 мегаватт.

Первой крупной серией экспериментов была FUJI-1, система продувки с питанием от ударной трубы в Токийском технологическом институте. В этих экспериментах было извлечено до 30,2% энтальпии и достигнута плотность мощности около 100 мегаватт на кубический метр. Этот объект финансировался Tokyo Electric Power, другими японскими коммунальными предприятиями и Министерством образования. Некоторые специалисты полагают, что эта система представляла собой дисковый генератор с гелием и аргоном в качестве газа-носителя и ионизационным калием.

В 1994 году были разработаны подробные планы FUJI-2, установки непрерывного замкнутого цикла мощностью 5 МВт, работающей на природном газе, которая должна быть построена с использованием опыта FUJI-1. Базовая конструкция МГД должна была представлять собой систему с инертными газами с использованием дискового генератора. Целью была энтальпия извлечения 30% и тепловой КПД МГД 60%. За FUJI-2 должна была последовать модернизация завода по производству природного газа мощностью 300 МВт.

Австралийская разработкаВ результате за пределами Сиднея была построена дополнительная установка мощностью 28 МВт. Мессерле также написал одну из самых последних справочных работ (см. Ниже) в рамках образовательной программы ЮНЕСКО.

Подробный некролог Хьюго размещен на веб-сайте Австралийской академии технологических наук и инженерии (ATSE). [18]

Итальянская разработка

  • Разработка сверхпроводящего магнита. Целью в 1994 году был прототип длиной 2 м, способный хранить 66 МДж, для демонстрации МГД длиной 8 м. Поле должно было быть 5 тесла с конусностью 0,15 Тл/м. Геометрия должна была напоминать форму седла с цилиндрической и прямоугольной обмотками из ниобий-титановой меди.
  • Модернизация силовых установок, работающих на природном газе. Один должен был находиться на заводе Энихем-Аник в Равенне. На этой установке дымовые газы от МГД поступали бы в котел. Другой была установка мощностью 230 МВт (тепловая) для электростанции в Бриндизи, которая должна была подавать пар на главную электростанцию.
  • Китайская разработка

    [ необходима ссылка ] В марте 1994 г. была утверждена еще одна одиннадцатилетняя программа. В рамках нее были созданы исследовательские центры в:

    1. Институте электротехники Китайской академии наук, Пекин, занимающиеся проектированием МГД-генераторов.
    2. Шанхайский научно-исследовательский институт энергетики, занимающийся исследованиями систем в целом и сверхпроводящих магнитов.
    3. Инженерно-исследовательский институт термоэнергетики при Юго-восточном университете Нанкина, занимающийся более поздними разработками.

    В исследовании 1994 года был предложен генератор мощностью 10 Вт (электрический, 108 МВт тепловой) с МГД и установками нижнего цикла, соединенными паровыми трубопроводами, чтобы любой из них мог работать независимо.

    Российские разработки[править]

    В 1971 году под Москвой была построена газовая электростанция У-25 проектной мощностью 25 МВт.К 1974 году он выдавал 6 мегаватт электроэнергии. [19] К 1994 году Россия разработала и эксплуатировала угольную установку У-25 в Институте высоких температур РАН в Москве. Донная установка У-25 фактически эксплуатировалась по контракту с Московской коммунальной службой и подавала электроэнергию в московскую сеть. В России был значительный интерес к разработке дискового генератора на угле. В 1986 году была построена первая промышленная электростанция с МГД-генератором, но в 1989 году проект был свернут до запуска МГД, и эта электростанция позже присоединилась к Рязанской ГРЭС в качестве 7-го блока рядовой конструкции. Дональд Г. Инк, Х. Уэйн Битти (редактор), Стандартный справочник для инженеров-электриков, 11-е издание , Mc Graw Hill, 1978 ISBN 0-07-020974-X, стр. 11–52

    Дополнительная литература

    • Саттон, Джордж У.; Шерман, Артур (июль 2006 г.). Машиностроение Магнитогидродинамика . Дуврское гражданское и машиностроение. Дуврские публикации. ISBN 978-0486450322 .
    • Хьюго К. Мессерле, Магнитогидродинамическое производство электроэнергии , 1994, Джон Уайли, Чичестер, часть серии ЮНЕСКО по энергетике (это источник исторической информации и информации о конструкции генератора).
    • Сиода, С. «Результаты технико-экономического обоснования МГД-электростанций замкнутого цикла», Proc. Плазменная техника. Conf., 1991, Сидней, Австралия, стр. 189–200.
    • Р.Дж. Роза, Магнитогидродинамическое преобразование энергии , 1987, Hemisphere Publishing, Washington, DC
    • GJ Womac, MHD Power Generation , 1969, Чепмен и Холл, Лондон.

    Внешние ссылки[править]

    ENEFLOW® Магнитогидродинамика (МГД) — ENECON

    Гидродинамические силовые элементы ENEFLOW

    Магнитогидродинамика (МГД)

    Магнитогидродинамика (часто сокращенно МГД) — относительно молодая научная дисциплина.Проще говоря, это относится к принципам движения жидкости под действием магнитного поля. Разработанный главным образом в течение последних трех десятилетий или около того, он едва достиг зрелости. Ученым известно, например, что формирование Вселенной каким-то образом зависело от принципов МГД, но его точная роль еще неизвестна.

    Тем не менее, в последние годы магнетизм находится на переднем крае драматических новых технологий, применяемых в медицине, ядерной технике, термодинамике, двигателестроении и транспорте.Примеры включают МРТ, магнитно-резонансную томографию, которые произвели революцию в диагностической медицине. Другие практические приложения магнитогидродинамики включают в себя движение кораблей без гребных винтов и поездов без колес!

    Основываясь на этих выдающихся разработках, наши исследователи и инженеры теперь перенесли технологию повышения производительности систем с потоком жидкости в 21-й век за счет применения магнитогидродинамики для контроля образования минеральной накипи и коррозии, вызванной накипью.

    Наши запатентованные гидродинамические силовые ячейки ENEFLOW могут устранять и контролировать образование накипи во всех типах систем потока жидкости, вызванное растворением диамагнитных солей земли в жесткой воде, сводя к минимуму, а иногда и устраняя потребность в химикатах или сложном оборудовании для обслуживания. Наиболее распространенными из этих минералов, конечно же, являются кальций и магний. Кроме того, когда гидродинамические силовые ячейки ENEFLOW установлены в системе с потоком жидкости, они могут улучшить бактерицидную функцию дезинфицирующих средств, ускорить диффузию реагентов и повысить эффективность ионообменных смол.

    Революционные магнитные цепи ENEFLOW включают в себя многополюсные, многоосевые генераторы постоянного магнитного потока, которые уникальным образом концентрируют магнитные силы для максимального эффекта удаления накипи.

    Гидродинамические силовые элементы ENEFLOW — единственные доступные магнитопроводы, в которых используется металлическая смесь никеля, кобальта, алюминия и неодима, железа и бора, химически связанных с магнитокерамическим ферритом. Полученные в результате генераторы магнитного потока демонстрируют исключительные характеристики обработки жидкости и являются следующим поколением прикладной МГД-технологии для контроля минеральных отложений во всех типах систем потока жидкости.

    Хотя наиболее распространенной жидкостью является вода, системы ENEFLOW подходят для различных типов жидкостей, включая сырую нефть, бензин, дизельное топливо и топливо для отопления, пар низкого давления, соленую воду, сточные воды, зеленую воду. черный щелок на целлюлозно-бумажных комбинатах и ​​т.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.