MHD-generatoren zijn apparaten die worden gebruikt om elektrische energie op te wekken door interactie met een bewegend fluïdum zoals geïoniseerd gas of plasma en magnetisch veld. Het gebruik van magnetohydrodynamische kracht generatoren werd voor het eerst waargenomen door ‘Michael Faraday’ tijdens 1791-1867 terwijl hij een vloeibare elektrische substantie door een vast magnetisch veld bewoog. MHD-energiecentrales bieden het potentieel om op grote schaal elektrische energie op te wekken met een verminderde impact op het milieu. Er zijn verschillende soorten MHD-generatoren die zijn ontworpen op basis van het type toepassing en de gebruikte brandstof. Gepulseerde MHD-generator wordt gebruikt voor afgelegen locaties worden gebruikt om elektrisch vermogen van grote pulsen te genereren.
Wat is MHD-generator?
Definitie: Een magnetohydrodynamische (MHD) generator is een apparaat dat direct stroom opwekt door in wisselwerking te staan met een snel bewegende vloeistofstroom, meestal geïoniseerde gassen / plasma. MHD-apparaten zetten warmte of kinetische energie om in elektrische energie De typische opstelling van een MHD-generator is die zowel turbine als elektrisch kracht generator samensmelten tot een enkele eenheid en heeft geen bewegende delen, waardoor trillingen en lawaai worden geëlimineerd en slijtage wordt beperkt. MHD's hebben de hoogste thermodynamische efficiëntie omdat ze bij hogere temperaturen werken dan mechanische turbines.
Ten minste houdbaar tot generator
Best voor generatorontwerp
De efficiëntie van geleidende stoffen moet worden verhoogd om de operationele efficiëntie van een stroomopwekkingsapparaat te vergroten. De vereiste efficiëntie kan worden bereikt wanneer een gas wordt verwarmd om plasma / vloeistof te worden of door andere ioniseerbare stoffen toe te voegen, zoals de zouten van alkalimetalen. Bij het ontwerpen en implementeren van een MHD-generator wordt rekening gehouden met verschillende zaken zoals economie, efficiëntie en vervuilde hypoducts. De drie meest voorkomende ontwerpen van MHD-generatoren zijn:
Faraday MHD-generatorontwerp
Het ontwerp van een eenvoudige Faraday-generator omvat een wigvormige buis of buis gemaakt van een niet-geleidende stof. De krachtige elektromagneet produceert een magnetisch veld en laat de geleidende vloeistof er loodrecht doorheen gaan, waardoor de spanning wordt opgewekt. De elektroden worden loodrecht op het magnetische veld geplaatst om het elektrische uitgangsvermogen te onttrekken.
Dit ontwerp biedt beperkingen zoals het soort veld dat wordt gebruikt en de dichtheid. Uiteindelijk is de hoeveelheid opgenomen vermogen met behulp van het Faraday-ontwerp recht evenredig met het oppervlak van de buis en de snelheid van de geleidende vloeistof.
Hall MHD generatorontwerp
De zeer hoge uitgangsstroom die door de Faraday wordt geproduceerd, stroomt samen met het vloeistofkanaal en reageert met het aangelegde magnetische veld, wat resulteert in Hall-effect. Met andere woorden, de stroom die met de vloeistof meebeweegt, zou tot energieverlies leiden. De totale geproduceerde stroom is gelijk aan de vectorsom van de componenten van traverse (Faraday) en axiale stroom. Om dit energieverlies op te vangen (Faraday en Hall-effect componenten) en om de efficiëntie te verbeteren, werden verschillende configuraties ontwikkeld.
Een dergelijke configuratie is om de elektrodeparen te gebruiken die in een keten van segmenten zijn gesplitst en naast elkaar zijn geplaatst. Elk elektrodepaar is van elkaar geïsoleerd en in serie geschakeld om met een lagere stroom een hogere spanning te bereiken. Als alternatief staan de elektroden, in plaats van loodrecht, enigszins scheef te staan om uitgelijnd te zijn met de vectorsom van de Faraday- en Hall-effectstromen, waardoor de maximale energie uit de geleidende vloeistof kan worden gehaald. Onderstaande figuur illustreert het ontwerpproces.
hall-effect-generator-ontwerp
Ontwerp met schijf-MHD-generator
Het ontwerp van de Hall Effect-schijf MHD-generator is zeer efficiënt en is het meest gebruikte ontwerp. Een vloeistof stroomt in het midden van de schijfgenerator. De kanalen omsluiten de schijf en de stromende vloeistof. Het paar Helmholtz-spoelen wordt gebruikt om het magnetische veld zowel boven als onder de schijf op te wekken.
De Faraday-stromen stromen over de rand van de schijf, terwijl de Hall-Effect-stroom loopt tussen ringelektroden in het midden en de rand van de schijf.
huidige-stroom-in-schijf
Principe van MHD Generator
MHD-generator wordt gewoonlijk een vloeistofdynamo genoemd, wat wordt vergeleken met een mechanische dynamo - een metaal geleider wanneer deze door een magnetisch veld wordt geleid, genereert een stroom in een geleider.
In de MHD-generator wordt echter geleidende vloeistof gebruikt in plaats van een metalen geleider. Omdat de geleidende vloeistof ( bestuurder ) door het magnetische veld beweegt, produceert het een elektrisch veld loodrecht op het magnetische veld. Dit proces van elektriciteitsopwekking door middel van MHD is gebaseerd op het principe van De wet van Faraday van elektromagnetische inductie
Wanneer de geleidende vloeistof door een magnetisch veld stroomt, wordt er een spanning gegenereerd over de vloeistof en staat deze loodrecht op zowel de vloeistofstroom als het magnetische veld volgens de rechterhandregel van Fleming.
Door de rechterhandregel van Fleming toe te passen op de MHD-generator, wordt een geleidende vloeistof door een magnetisch veld ‘B’ geleid. De geleidende vloeistof heeft vrije ladingsdeeltjes die bewegen met een snelheid ‘v’.
De effecten van een geladen deeltje dat beweegt met een snelheid ‘v’ in een constant magnetisch veld worden gegeven door de Lorentz Force Law. De eenvoudigste vorm van deze beschrijving wordt hieronder gegeven door de vectorvergelijking.
F = Q (v x B)
Waar,
'F' is de kracht die op het deeltje inwerkt.
‘Q’ is de lading van het deeltje,
‘V’ is de snelheid van het deeltje, en
‘B’ is het magnetische veld.
De vector ‘F’ staat loodrecht op zowel ‘v’ als ‘B’ volgens de rechterhandregel.
MHD-generator werkt
De MHD elektriciteit Het generatiediagram wordt hieronder weergegeven met mogelijke systeemmodules. Om te beginnen heeft de MHD-generator een gasbron met hoge temperatuur nodig, die een koelmiddel van een kernreactor kan zijn of verbrandingsgassen bij hoge temperatuur die uit steenkool worden geproduceerd.
mhd-generator werkt
Terwijl het gas en de brandstof door het expansiemondstuk gaan, verlaagt het de druk van het gas en verhoogt het de snelheid van vloeistof / plasma door het MHD-kanaal, en verhoogt het de algehele efficiëntie van het uitgangsvermogen. De uitlaatwarmte die uit de vloeistof door het kanaal wordt geproduceerd, is de gelijkstroom. Vroeger liet het de compressor draaien om de verbrandingssnelheid van de brandstof te verhogen.
MHD-cycli en werkvloeistoffen
Brandstoffen zoals steenkool, olie, aardgas en andere brandstoffen die hoge temperaturen kunnen produceren, kunnen worden gebruikt in MHD-generatoren. Daarnaast kunnen MHD-generatoren kernenergie gebruiken om elektriciteit op te wekken.
MHD-generatoren zijn van twee typen: open-kringloop- en gesloten-kringloopsystemen. In een open cyclussysteem wordt de werkvloeistof slechts één keer door het MHD-kanaal geleid. Hierbij ontstaan uitlaatgassen na het opwekken van elektrische energie, die via een schoorsteen in de atmosfeer terechtkomt. De werkvloeistof in een gesloten kringloopsysteem wordt teruggevoerd naar de warmtebron om deze herhaaldelijk te hergebruiken.
De werkvloeistof die wordt gebruikt in een open kringloopsysteem is lucht, terwijl helium of argon wordt gebruikt in een kringloopsysteem.
Voordelen
De A voordelen van de MHD-generator omvatten de volgende.
- MHD-generatoren zetten warmte of thermische energie rechtstreeks om in elektrische energie
- Het heeft geen bewegende delen, dus mechanische verliezen zouden minimaal zijn
- Zeer efficiënt Heeft meer operationele efficiëntie dan conventionele generatoren, daarom zijn de totale kosten van een MHD-installatie lager in vergelijking met conventionele stoominstallaties
- Operationele en onderhoudskosten zijn lager
- Het werkt op elk type brandstof en heeft een beter brandstofverbruik
Nadelen
De nadelen van de MHD-generator omvatten de volgende.
- Helpt bij de grote verliezen, waaronder vloeistofwrijving en warmteoverdrachtsverliezen
- Heeft grote magneten nodig, wat leidt tot hogere kosten bij het implementeren van MHD-generatoren
- Hoge bedrijfstemperaturen in het bereik van 200 ° K tot 2400 ° K zullen de componenten eerder aantasten
Toepassingen van MHD Generator
De toepassingen zijn
- MHD-generatoren worden gebruikt voor het besturen van onderzeeërs, vliegtuigen, hypersonische windtunnelexperimenten, verdedigingstoepassingen, enzovoort.
- Ze worden gebruikt als een ononderbroken stroomvoorziening systeem en als energiecentrales in industrieën
- Ze kunnen worden gebruikt om elektrische stroom op te wekken voor huishoudelijke toepassingen
Veelgestelde vragen
1). Wat is een praktische MHD-generator?
Voor fossiele brandstoffen zijn praktische MHD-generatoren ontwikkeld. Deze werden echter ingehaald door goedkope gecombineerde cycli, waarbij de uitlaat van gasturbines de stoom verwarmt om een stoomturbine te laten draaien.
2). Wat is zaaien in de MHD-generatie?
Zaaien is een proces waarbij een kiemmateriaal zoals kaliumcarbonaat of cesium in het plasma / de vloeistof wordt geïnjecteerd om de elektrische geleidbaarheid te vergroten.
3). Wat is MHD-stroom?
De langzame beweging van een vloeistof kan worden omschreven als een regelmatige en ordelijke beweging. Elke verstoring van de stroomsnelheid leidt tot turbulentie, waardoor de stromingskarakteristieken snel veranderen.
4). Welke brandstof wordt gebruikt bij de opwekking van MHD-energie?
De koelgassen zoals helium en kooldioxide worden gebruikt als plasma in kernreactoren om MHD-energieopwekking te sturen.
5). Kan plasma elektriciteit opwekken?
Plasma is een goede geleider van elektriciteit omdat het veel vrije elektronen heeft. Het wordt elektrisch geleidend wanneer elektrische en magnetische velden worden aangelegd en die het gedrag van geladen deeltjes beïnvloeden.
Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving van een overzicht van de MHD-generator , die elektriciteit opwekt met behulp van metaalvloeistof. We bespraken ook het principe, de ontwerpen en de werkwijze van de MHD-generator. Bovendien belicht dit artikel de voor- en nadelen en verschillende toepassingen van de MHD-generator. Hier is een vraag voor jou, wat is de functie van een generator?
