MHD-Generatoren sind Vorrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie durch Wechselwirkung mit einer sich bewegenden Flüssigkeit wie ionisiertem Gas oder Plasma und Magnetfeld. Die Verwendung von magnetohydrodynamischer Kraft Generatoren wurde erstmals von 'Michael Faraday' zwischen 1791 und 1867 beobachtet, als er eine flüssige elektrische Substanz durch ein festes Magnetfeld bewegte. MHD-Kraftwerke bieten das Potenzial, Strom in großem Maßstab mit reduzierter Umweltbelastung zu erzeugen. Es gibt verschiedene Arten von MHD-Generatoren, die je nach Art der Anwendung und verwendetem Kraftstoff entwickelt wurden. Der gepulste MHD-Generator wird für entfernte Standorte verwendet, um elektrische Energie mit großen Impulsen zu erzeugen.
Was ist ein MHD-Generator?
Definition: Ein magnetohydrodynamischer (MHD) Generator ist ein Gerät, das Strom direkt durch Wechselwirkung mit einem sich schnell bewegenden Flüssigkeitsstrom, normalerweise ionisierten Gasen / Plasma, erzeugt. MHD-Geräte wandeln Wärme oder kinetische Energie in um elektrische Energie . Der typische Aufbau eines MHD-Generators ist sowohl turbinen- als auch elektrisch Leistung Der Generator verschmilzt zu einer Einheit und hat keine beweglichen Teile. Dadurch werden Vibrationen und Geräusche vermieden und der Verschleiß begrenzt. MHDs haben den höchsten thermodynamischen Wirkungsgrad, da sie bei höheren Temperaturen als mechanische Turbinen arbeiten.
MHD-generator
MHD Generator Design
Die Effizienz leitfähiger Substanzen sollte erhöht werden, um die Betriebseffizienz einer Stromerzeugungsvorrichtung zu erhöhen. Die erforderliche Effizienz kann erreicht werden, wenn ein Gas erhitzt wird, um Plasma / Flüssigkeit zu werden, oder wenn andere ionisierbare Substanzen wie die Salze von Alkalimetallen zugesetzt werden. Bei der Entwicklung und Implementierung eines MHD-Generators werden verschiedene Aspekte wie Wirtschaftlichkeit, Effizienz und kontaminierte Hypokanäle berücksichtigt. Drei häufigste Designs von MHD-Generatoren sind:
Faraday MHD Generator Design
Das Design eines einfachen Faraday-Generators umfasst ein keilförmiges Rohr aus einer nicht leitenden Substanz. Der starke Elektromagnet erzeugt ein Magnetfeld und lässt das leitende Fluid senkrecht durch dieses hindurchtreten, wodurch die Spannung induziert wird. Die Elektroden sind rechtwinklig zum Magnetfeld angeordnet, um die elektrische Ausgangsleistung zu extrahieren.
Dieses Design bietet Einschränkungen wie die Art des verwendeten Feldes und die Dichte. Schließlich ist die unter Verwendung des Faraday-Designs aufgenommene Energiemenge direkt proportional zur Fläche des Rohrs und zur Geschwindigkeit des leitenden Fluids.
Hall MHD Generator Design
Der durch den Faraday erzeugte sehr hohe Ausgangsstrom fließt zusammen mit dem Flüssigkeitskanal und reagiert mit dem angelegten Magnetfeld, was zu einem Hall-Effekt führt. Mit anderen Worten würde der mit der Flüssigkeit fließende Strom zu einem Energieverlust führen. Der erzeugte Gesamtstrom ist gleich der Vektorsumme der Komponenten Traverse (Faraday) und Axialstrom. Um diesen Energieverlust zu erfassen (Faraday und Hall-Effekt Komponenten) und zur Verbesserung der Effizienz wurden verschiedene Konfigurationen entwickelt.
Eine solche Konfiguration besteht darin, die Elektrodenpaare zu verwenden, die in eine Kette von Segmenten aufgeteilt und nebeneinander angeordnet sind. Jedes Elektrodenpaar ist voneinander isoliert und in Reihe geschaltet, um eine höhere Spannung mit einem niedrigeren Strom zu erreichen. Alternativ sind die Elektroden nicht senkrecht, sondern leicht geneigt, um sich an der Vektorsumme der Faraday- und Hall-Effekt-Ströme auszurichten, wodurch die maximale Energie aus der leitenden Flüssigkeit extrahiert werden kann. Die folgende Abbildung zeigt den Entwurfsprozess.
Hall-Effekt-Generator-Design
Disc MHD Generator Design
Das Design des Hall-Effekt-Scheiben-MHD-Generators ist hocheffizient und das am häufigsten verwendete Design. In der Mitte des Scheibengenerators fließt eine Flüssigkeit. Die Kanäle umschließen die Scheibe und die fließende Flüssigkeit. Das Paar Helmholtz-Spulen wird verwendet, um das Magnetfeld sowohl über als auch unter der Scheibe zu erzeugen.
Die Faradayschen Ströme fließen über die Grenze der Scheibe, während der Hall-Effekt-Strom zwischen Ringelektroden fließt, die sich in der Mitte und der Grenze der Scheibe befinden.
Stromfluss in der Scheibe
Prinzip des MHD-Generators
Der MHD-Generator wird üblicherweise als Fluiddynamo bezeichnet, der mit einem mechanischen Dynamo verglichen wird - a Metall Wenn der Leiter durch ein Magnetfeld geleitet wird, erzeugt er einen Strom in einem Leiter.
Im MHD-Generator wird jedoch leitendes Fluid anstelle eines Metallleiters verwendet. Als leitende Flüssigkeit ( Treiber ) bewegt sich durch das Magnetfeld, erzeugt es ein elektrisches Feld senkrecht zum Magnetfeld. Dieser Prozess der Stromerzeugung durch MHD basiert auf dem Prinzip von Faradaysches Gesetz von Elektromagnetische Induktion .
Wenn das leitende Fluid durch ein Magnetfeld fließt, wird an seinem Fluid eine Spannung erzeugt, die gemäß der Rechtsregel von Fleming sowohl zum Fluidfluss als auch zum Magnetfeld senkrecht ist.
Unter Anwendung der Flemingschen Rechtsregel auf den MHD-Generator wird eine leitende Flüssigkeit durch ein Magnetfeld „B“ geleitet. Die leitende Flüssigkeit hat freie Ladungsteilchen, die sich mit einer Geschwindigkeit „v“ bewegen.
Die Auswirkungen eines geladenen Teilchens, das sich mit einer Geschwindigkeit „v“ in einem konstanten Magnetfeld bewegt, sind durch das Lorentz-Kraftgesetz gegeben. Die einfachste Form dieser Beschreibung wird unten durch die Vektorgleichung angegeben.
F = Q (v x B)
Wo,
'F' ist die Kraft, die auf das Teilchen wirkt.
'Q' ist die Ladung des Teilchens,
'V' ist die Geschwindigkeit des Teilchens und
'B' ist das Magnetfeld.
Der Vektor 'F' ist gemäß der rechten Regel senkrecht zu 'v' und 'B'.
MHD Generator funktioniert
Die MHD Elektrizität Das Generierungsdiagramm ist unten mit möglichen Systemmodulen dargestellt. Zunächst benötigt der MHD-Generator eine Gasquelle mit hoher Temperatur, die entweder ein Kühlmittel eines Kernreaktors oder aus Kohle erzeugte Hochtemperaturverbrennungsgase sein kann.
mhd-generator-working
Wenn das Gas und der Kraftstoff durch die Expansionsdüse strömen, verringert dies den Druck des Gases und erhöht die Geschwindigkeit von Flüssigkeit / Plasma durch den MHD-Kanal und erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Leistungsabgabe. Die Abwärme, die von der Flüssigkeit durch den Kanal erzeugt wird, ist die Gleichstromleistung. Früher wurde der Kompressor betrieben, um die Kraftstoffverbrennungsrate zu erhöhen.
MHD-Zyklen und Arbeitsflüssigkeiten
Brennstoffe wie Kohle, Öl, Erdgas und andere Brennstoffe, die hohe Temperaturen erzeugen können, können in MHD-Generatoren verwendet werden. Außerdem können MHD-Generatoren Kernenergie zur Stromerzeugung nutzen.
Es gibt zwei Arten von MHD-Generatoren - Systeme mit offenem und geschlossenem Kreislauf. In einem offenen Kreislaufsystem wird das Arbeitsfluid nur einmal durch den MHD-Kanal geleitet. Dabei entstehen nach der Erzeugung elektrischer Energie Abgase, die über einen Stapel an die Atmosphäre abgegeben werden. Das Arbeitsfluid in einem geschlossenen Kreislauf wird zur wiederholten Wiederverwendung in die Wärmequelle zurückgeführt.
Das in einem System mit offenem Kreislauf verwendete Arbeitsfluid ist Luft, während in einem System mit geschlossenem Kreislauf Helium oder Argon verwendet wird.
Vorteile
Die a Vorteile des MHD-Generators das Folgende einschließen.
- MHD-Generatoren wandeln Wärme oder Wärmeenergie direkt in elektrische Energie um
- Es hat keine beweglichen Teile, so dass die mechanischen Verluste minimal wären
- Hocheffizient Hat eine höhere Betriebseffizienz als herkömmliche Generatoren, daher sind die Gesamtkosten einer MHD-Anlage im Vergleich zu herkömmlichen Dampfanlagen geringer
- Betriebs- und Wartungskosten sind geringer
- Es funktioniert mit jeder Art von Kraftstoff und hat eine bessere Kraftstoffnutzung
Nachteile
Das Nachteile des MHD-Generators das Folgende einschließen.
- Hilft bei hohen Verlusten wie Flüssigkeitsreibung und Wärmeübertragungsverlusten
- Benötigt große Magnete, was zu höheren Kosten bei der Implementierung von MHD-Generatoren führt
- Hohe Betriebstemperaturen im Bereich von 200 ° K bis 2400 ° K greifen die Komponenten früher an
Anwendungen des MHD-Generators
Die Anwendungen sind
- MHD-Generatoren werden zum Antreiben von U-Booten, Flugzeugen, Hyperschall-Windkanalversuchen, Verteidigungsanwendungen usw. verwendet.
- Sie werden als verwendet unterbrechungsfreie Stromversorgung System und als Kraftwerke in der Industrie
- Sie können zur Stromerzeugung für Haushaltsanwendungen verwendet werden
FAQs
1). Was ist ein praktischer MHD-Generator?
Für fossile Brennstoffe wurden praktische MHD-Generatoren entwickelt. Diese wurden jedoch von kostengünstigen kombinierten Zyklen überholt, bei denen das Abgas von Gasturbinen den Dampf erwärmt, um eine Dampfturbine zu betreiben.
2). Was ist Seeding in der MHD-Generation?
Beim Aussäen wird ein Impfmaterial wie Kaliumcarbonat oder Cäsium in das Plasma / die Flüssigkeit injiziert, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen.
3). Was ist MHD-Fluss?
Die langsame Bewegung einer Flüssigkeit kann als regelmäßige und geordnete Bewegung beschrieben werden. Jede Störung der Strömungsgeschwindigkeit führt zu Turbulenzen, die die Strömungseigenschaften schnell verändern.
4). Welcher Kraftstoff wird bei der MHD-Stromerzeugung verwendet?
Die Kühlgase wie Helium und Kohlendioxid werden als Plasma in Kernreaktoren verwendet, um die MHD-Stromerzeugung zu steuern.
5). Kann Plasma Strom erzeugen?
Plasma ist ein guter Stromleiter, da es viele freie Elektronen enthält. Es wird elektrisch leitend, wenn elektrische und magnetische Felder angelegt werden, die das Verhalten geladener Teilchen beeinflussen.
Dieser Artikel enthält eine detaillierte Beschreibung von eine Übersicht über den MHD-Generator , die mit Metallflüssigkeit Strom erzeugt. Wir haben auch das Prinzip, die Designs und die Arbeitsmethoden des MHD-Generators besprochen. Darüber hinaus werden in diesem Artikel die Vor- und Nachteile sowie verschiedene Anwendungen des MHD-Generators hervorgehoben. Hier ist eine Frage an Sie, welche Funktion hat ein Generator?
