Générateur magnétohydrodynamique : dispositif, principe de fonctionnement et objectif

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Toutes les sources d'énergie alternatives sur la planète Terre n'ont pas été étudiées et appliquées avec succès jusqu'à présent. Néanmoins, l'humanité se développe activement dans cette direction et trouve de nouvelles options. L'un d'eux consistait à obtenir de l'énergie de l'électrolyte, qui se trouve dans un champ magnétique.

Effet design et origine du nom

Les premiers travaux dans ce domaine sont attribués à Faraday, qui a travaillé dans des conditions de laboratoire dès 1832. Il a étudié le soi-disant effet magnétohydrodynamique, ou plutôt, il cherchait une force motrice électromagnétique et a essayé de l'appliquer avec succès. Le courant de la Tamise était utilisé comme source d'énergie. Outre le nom de l'effet, l'installation a également reçu son nom - un générateur magnétohydrodynamique.

Cet appareil MHD convertit directement unforme d'énergie en une autre, à savoir mécanique en électrique. Les caractéristiques d'un tel processus et la description du principe de son fonctionnement dans son ensemble sont décrites en détail en magnétohydrodynamique. Le générateur lui-même a été nommé d'après cette discipline.

Description de l'action d'effet

Tout d'abord, vous devez comprendre ce qui se passe pendant le fonctionnement de l'appareil. C'est la seule façon de comprendre le principe du générateur magnétohydrodynamique en action. L'effet est basé sur l'apparition d'un champ électrique et, bien entendu, d'un courant électrique dans l'électrolyte. Ce dernier est représenté par divers milieux, par exemple le métal liquide, le plasma (gaz) ou l'eau. Nous pouvons en conclure que le principe de fonctionnement est basé sur l'induction électromagnétique, qui utilise un champ magnétique pour générer de l'électricité.

Il s'avère que le conducteur doit se croiser avec les lignes de champ de force. Ceci, à son tour, est une condition obligatoire pour que les flux d'ions de charges opposées par rapport aux particules en mouvement commencent à apparaître à l'intérieur du dispositif. Il est également important de noter le comportement des lignes de champ. Le champ magnétique construit à partir d'eux se déplace à l'intérieur du conducteur lui-même dans la direction opposée à celle où se trouvent les charges ioniques.

Définition et historique du générateur MHD

L'installation est un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie électrique. Il applique pleinement ce qui précèdeEffet. Dans le même temps, les générateurs magnétohydrodynamiques étaient considérés à un moment donné comme une idée assez innovante et révolutionnaire, dont la construction des premiers échantillons occupait l'esprit des plus grands scientifiques du XXe siècle. Bientôt, le financement de tels projets s'est épuisé pour des raisons qui ne sont pas tout à fait claires. Les premières installations expérimentales ont déjà été érigées, mais leur utilisation a été abandonnée.

Les toutes premières conceptions de générateurs magnétodynamiques ont été décrites en 1907-910, cependant, elles n'ont pas pu être créées en raison d'un certain nombre de caractéristiques physiques et architecturales contradictoires. A titre d'exemple, nous pouvons citer le fait que des matériaux n'ont pas encore été créés qui pourraient fonctionner normalement à des températures de fonctionnement de 2500-3000 degrés Celsius dans un environnement gazeux. Le modèle russe devait apparaître dans un MGDES spécialement construit dans la ville de Novomichurinsk, située dans la région de Riazan, à proximité de la centrale électrique du district d'État. Le projet a été annulé au début des années 1990.

Comment fonctionne l'appareil

La conception et le principe de fonctionnement des générateurs magnétohydrodynamiques reprennent pour la plupart ceux des variantes de machines ordinaires. La base est l'effet de l'induction électromagnétique, ce qui signifie qu'un courant apparaît dans le conducteur. Cela est dû au fait que ce dernier croise les lignes de champ magnétique à l'intérieur de l'appareil. Cependant, il existe une différence entre les générateurs machine et MHD. Elle réside dans le fait que pour les variantes magnétohydrodynamiques commeconducteur est utilisé directement par le corps de travail lui-même.

L'action est également basée sur des particules chargées, qui sont affectées par la force de Lorentz. Le mouvement du fluide de travail se produit à travers le champ magnétique. De ce fait, il existe des flux de porteurs de charge avec des directions exactement opposées. Au stade de la formation, les générateurs MHD utilisaient principalement des liquides ou des électrolytes électriquement conducteurs. C'était eux qui étaient le corps même de travail. Les variantes modernes sont passées au plasma. Les porteurs de charge des nouvelles machines sont des ions positifs et des électrons libres.

Conception de générateurs MHD

Le premier nœud de l'appareil s'appelle le canal à travers lequel se déplace le fluide de travail. A l'heure actuelle, les générateurs magnétohydrodynamiques utilisent principalement le plasma comme milieu principal. Le nœud suivant est un système d'aimants chargés de créer un champ magnétique et des électrodes pour détourner l'énergie qui sera reçue pendant le processus de travail. Cependant, les sources peuvent être différentes. Des électro-aimants et des aimants permanents peuvent être utilisés dans le système.

Ensuite, le gaz conduit l'électricité et chauffe jusqu'à la température d'ionisation thermique, qui est d'environ 10 000 Kelvin. Après cet indicateur doit être réduit. La barre de température tombe à 2, 2-2, 7 mille Kelvin en raison du fait que des additifs spéciaux contenant des métaux alcalins sont ajoutés à l'environnement de travail. Sinon, le plasma n'est pas suffisantdegré efficace, car la valeur de sa conductivité électrique devient bien inférieure à celle de la même eau.

Cycle typique de l'appareil

Les autres nœuds qui composent la conception du générateur magnétohydrodynamique sont mieux répertoriés avec une description des processus fonctionnels dans l'ordre dans lequel ils se produisent.

1. La chambre de combustion reçoit le carburant qui y est chargé. Des agents oxydants et divers additifs sont également ajoutés.
2. Le carburant commence à brûler, permettant au gaz de se former en tant que produit de la combustion.
3. Ensuite, la buse du générateur est activée. Les gaz le traversent, après quoi ils se dilatent et leur vitesse augmente jusqu'à la vitesse du son.
4. L'action se déroule dans une chambre qui laisse passer un champ magnétique à travers elle-même. Sur ses parois se trouvent des électrodes spéciales. C'est là que les gaz entrent en jeu à ce stade du cycle.
5. Ensuite, le corps travaillant sous l'influence de particules chargées dévie de sa trajectoire primaire. La nouvelle direction est exactement là où se trouvent les électrodes.
6. L'étape finale. Un courant électrique est généré entre les électrodes. C'est là que le cycle se termine.

Classifications principales

Il existe de nombreuses options pour l'appareil fini, mais le principe de fonctionnement sera pratiquement le même dans chacun d'eux. Par exemple, il est possible de lancer un générateur magnétohydrodynamique sur combustible solide comme les produits de combustion fossiles. Aussi comme sourceénergie, des vapeurs de métaux alcalins et leurs mélanges diphasiques avec des métaux liquides sont utilisés. Selon la durée de fonctionnement, les générateurs MHD sont divisés en long terme et à court terme, et ce dernier - en pulsé et explosif. Les sources de chaleur comprennent les réacteurs nucléaires, les échangeurs de chaleur et les moteurs à réaction.

De plus, il existe également une classification selon le type de cycle de travail. Ici, la division ne se produit qu'en deux types principaux. Les générateurs à cycle ouvert ont un fluide de travail mélangé avec des additifs. Les produits de combustion traversent la chambre de travail, où ils sont débarrassés des impuretés du processus et libérés dans l'atmosphère. Dans un cycle fermé, le fluide de travail pénètre dans l'échangeur de chaleur et n'entre qu'ensuite dans la chambre du générateur. Ensuite, les produits de combustion attendent le compresseur, qui termine le cycle. Après cela, le fluide de travail retourne au premier étage de l'échangeur de chaleur.

Caractéristiques principales

Si la question de savoir ce qui produit un générateur magnétohydrodynamique peut être considérée comme entièrement couverte, alors les principaux paramètres techniques de ces dispositifs doivent être présentés. Le premier d'entre eux en importance est probablement le pouvoir. Il est proportionnel à la conductivité du fluide de travail, ainsi qu'aux carrés de l'intensité du champ magnétique et de sa vitesse. Si le fluide de travail est un plasma avec une température d'environ 2-3 mille Kelvin, alors la conductivité lui est proportionnelle en 11-13 degrés et inversement proportionnelle à la racine carrée de la pression.

Vous devez également fournir des données sur le débit etinduction de champ magnétique. La première de ces caractéristiques varie assez largement, allant des vitesses subsoniques aux vitesses hypersoniques jusqu'à 1900 mètres par seconde. Quant à l'induction du champ magnétique, elle dépend de la conception des aimants. S'ils sont en acier, alors la barre supérieure sera fixée à environ 2 T. Pour un système composé d'aimants supraconducteurs, cette valeur monte à 6-8 T.

Application des générateurs MHD

La large utilisation de tels appareils aujourd'hui n'est pas observée. Néanmoins, il est théoriquement possible de construire des centrales électriques avec des générateurs magnétohydrodynamiques. Il existe trois variantes valides au total:

1. Centrales à fusion. Ils utilisent un cycle sans neutrons avec un générateur MHD. Il est d'usage d'utiliser du plasma à haute température comme combustible.
2. Centrales thermiques. Un type de cycle ouvert est utilisé et les installations elles-mêmes sont assez simples en termes de caractéristiques de conception. C'est cette option qui a encore des perspectives de développement.
3. Centrales nucléaires. Le fluide de travail dans ce cas est un gaz inerte. Il est chauffé dans un réacteur nucléaire en cycle fermé. Il a également des perspectives de développement. Cependant, la possibilité d'application dépend de l'émergence de réacteurs nucléaires avec une température de fluide de travail supérieure à 2 000 Kelvin.

Perspective de l'appareil

La pertinence des générateurs magnétohydrodynamiques dépend d'un certain nombre de facteurs etproblèmes encore non résolus. Un exemple est la capacité de tels appareils à ne générer que du courant continu, ce qui signifie que pour leur maintenance, il est nécessaire de concevoir des onduleurs suffisamment puissants et, de surcroît, économiques.

Un autre problème visible est le manque de matériaux nécessaires qui pourraient fonctionner suffisamment longtemps dans des conditions de chauffage du combustible à des températures extrêmes. Il en va de même pour les électrodes utilisées dans de tels générateurs.

Autres utilisations

En plus de fonctionner au cœur des centrales, ces appareils sont capables de fonctionner dans des centrales spéciales, ce qui serait très utile pour l'énergie nucléaire. L'utilisation d'un générateur magnétohydrodynamique est également autorisée dans les systèmes d'avions hypersoniques, mais jusqu'à présent, aucun progrès n'a été observé dans ce domaine.