I generatori MHD sono dispositivi utilizzati per generare energia elettrica interagendo con un fluido in movimento come gas o plasma ionizzato e campo magnetico. L'uso del potere Magnetoidrodinamico generatori fu osservato per la prima volta da 'Michael Faraday' durante il 1791-1867 mentre spostava una sostanza elettrica fluida attraverso un campo magnetico fisso. Le centrali MHD forniscono il potenziale per generare energia elettrica su larga scala con un impatto ambientale ridotto. Esistono diversi tipi di generatori MHD progettati in base al tipo di applicazione e al carburante utilizzato. Il generatore MHD pulsato viene utilizzato per i siti remoti utilizzati per generare energia elettrica di grandi impulsi.
Cos'è il generatore MHD?
Definizione: Un generatore magnetoidrodinamico (MHD) è un dispositivo che genera energia direttamente interagendo con un flusso di fluido in rapido movimento, solitamente gas / plasma ionizzato. I dispositivi MHD trasformano il calore o l'energia cinetica in energia elettrica . La configurazione tipica di un generatore MHD è quella sia a turbina che elettrica energia il generatore si fonde in una singola unità e non ha parti in movimento, eliminando così vibrazioni e rumore, limitando l'usura. Gli MHD hanno la più alta efficienza termodinamica in quanto funzionano a temperature più elevate rispetto alle turbine meccaniche.
Meglio prima del generatore
Progettazione del generatore MHD
L'efficienza delle sostanze conduttive dovrebbe essere aumentata per aumentare l'efficienza operativa di un dispositivo di generazione di energia. L'efficienza richiesta può essere raggiunta quando un gas viene riscaldato per diventare plasma / fluido o aggiungendo altre sostanze ionizzabili come i sali di metalli alcalini. Per progettare e implementare un generatore MHD, vengono presi in considerazione diversi problemi come l'economia, l'efficienza, i condotti ipo contaminati. I tre modelli più comuni di generatori MHD sono:
Progettazione del generatore MHD di Faraday
Il design di un semplice generatore di Faraday include un tubo o un tubo a forma di cuneo fatto di una sostanza non conduttiva. Il potente elettromagnete produce un campo magnetico e permette al fluido conduttivo di attraversarlo perpendicolarmente, inducendo la tensione. Gli elettrodi sono posti ad angolo retto rispetto al campo magnetico per estrarre l'energia elettrica in uscita.
Questo design offre limitazioni come il tipo di campo utilizzato e la densità. Alla fine, la quantità di potenza assorbita utilizzando il design Faraday è direttamente proporzionale all'area del tubo e alla velocità del fluido conduttivo.
Progettazione del generatore Hall MHD
L'elevatissima corrente di uscita prodotta attraverso il Faraday scorre lungo il condotto del fluido e reagisce con il campo magnetico applicato con conseguente effetto Hall. In altre parole, la corrente che scorre insieme al fluido porterebbe alla perdita di energia. La corrente totale prodotta è uguale alla somma vettoriale delle componenti di traversa (Faraday) e corrente assiale. Per catturare questa perdita di energia (Faraday e Effetto Hall componenti) e migliorare l'efficienza, sono state sviluppate diverse configurazioni.
Una di queste configurazioni consiste nell'utilizzare le coppie di elettrodi che sono divise in una catena di segmenti e poste fianco a fianco. Ciascuna coppia di elettrodi è isolata l'una dall'altra e collegata in serie per ottenere una tensione maggiore con una corrente inferiore. In alternativa, gli elettrodi, invece di essere perpendicolari, sono leggermente inclinati per allinearsi con la somma vettoriale delle correnti di Faraday ed Effetto Hall, consentendo di estrarre la massima energia dal fluido conduttivo. La figura seguente illustra il processo di progettazione.
design del generatore di effetto hall
Progettazione del generatore di dischi MHD
Il design del generatore MHD con disco a effetto Hall è altamente efficiente ed è il design più comunemente usato. Un fluido scorre al centro del generatore di dischi. I condotti racchiudono il disco e il fluido che scorre. La coppia di bobine di Helmholtz viene utilizzata per generare il campo magnetico sopra e sotto il disco.
Le correnti di Faraday fluiscono oltre il confine del disco, mentre la corrente ad effetto Hall scorre tra gli elettrodi ad anello situati al centro e il confine del disco.
flusso di corrente nel disco
Principio del generatore MHD
Il generatore MHD è comunemente indicato come una dinamo fluida, che viene paragonata a una dinamo meccanica - a metallo conduttore quando attraversato un campo magnetico genera una corrente in un conduttore.
Tuttavia, nel generatore MHD, viene utilizzato un fluido conduttore invece di un conduttore metallico. Poiché il fluido conduttore ( conducente ) si muove attraverso il campo magnetico, produce un campo elettrico perpendicolare al campo magnetico. Questo processo di generazione di energia elettrica tramite MHD si basa sul principio di Legge di Faraday di induzione elettromagnetica .
Quando il fluido conduttore scorre attraverso un campo magnetico, viene generata una tensione attraverso il suo fluido ed è perpendicolare sia al flusso del fluido che al campo magnetico secondo la regola della mano destra di Fleming.
Applicando la regola della mano destra di Fleming al generatore MHD, un fluido conduttore viene fatto passare attraverso un campo magnetico 'B'. Il fluido conduttore ha particelle a carica libera che si muovono con una velocità 'v'.
Gli effetti di una particella carica che si muove con una velocità 'v' in un campo magnetico costante sono dati dalla legge della forza di Lorentz. La forma più semplice di questa descrizione è data di seguito dall'equazione vettoriale.
F = Q (v x B)
Dove,
'F' è la forza che agisce sulla particella.
'Q' è la carica della particella,
'V' è la velocità della particella e
'B' è il campo magnetico.
Il vettore 'F' è perpendicolare sia a 'v' che a 'B' secondo la regola della mano destra.
Generatore MHD funzionante
Il MHD elettricità di seguito è riportato lo schema di generazione con i possibili moduli del sistema. Per cominciare, il generatore MHD richiede una fonte di gas ad alta temperatura, che può essere un refrigerante di un reattore nucleare o può essere gas di combustione ad alta temperatura prodotti dal carbone.
mhd-generator-working
Quando il gas e il carburante passano attraverso l'ugello di espansione, diminuisce la pressione del gas e aumenta la velocità del fluido / plasma attraverso il condotto MHD, aumentando l'efficienza complessiva della potenza erogata. Il calore di scarico prodotto dal fluido attraverso il condotto è la potenza CC. Serve a far funzionare il compressore per aumentare la velocità di combustione del carburante.
Cicli MHD e fluidi di lavoro
Combustibili come carbone, petrolio, gas naturale e altri combustibili in grado di produrre alte temperature possono essere utilizzati nei generatori MHD. Oltre a questo, i generatori MHD possono utilizzare l'energia nucleare per generare elettricità.
I generatori MHD sono di due tipi: sistemi a ciclo aperto e sistemi a ciclo chiuso. In un sistema a ciclo aperto, il fluido di lavoro viene fatto passare una sola volta attraverso il condotto MHD. Questo produce gas di scarico dopo aver generato energia elettrica, che viene rilasciata nell'atmosfera tramite un camino. Il fluido di lavoro in un sistema a ciclo chiuso viene riciclato alla fonte di calore per riutilizzarlo ripetutamente.
Il fluido di lavoro utilizzato in un sistema a ciclo aperto è l'aria, mentre l'elio o l'argon viene utilizzato in un sistema a ciclo chiuso.
Vantaggi
Il a vantaggi del generatore MHD include il seguente.
- I generatori MHD convertono il calore o l'energia termica direttamente in energia elettrica
- Non ha parti in movimento, quindi le perdite meccaniche sarebbero minime
- Altamente efficiente Ha una maggiore efficienza operativa rispetto ai generatori convenzionali, quindi il costo complessivo di un impianto MHD è inferiore rispetto agli impianti a vapore convenzionali
- I costi operativi e di manutenzione sono inferiori
- Funziona con qualsiasi tipo di carburante e ha un migliore utilizzo del carburante
Svantaggi
Il svantaggi del generatore MHD include il seguente.
- Aiuta l'elevata quantità di perdite che includono attrito del fluido e perdite di trasferimento di calore
- Ha bisogno di grandi magneti, che comportano costi più elevati per l'implementazione dei generatori MHD
- Temperature di esercizio elevate nell'intervallo da 200 ° K a 2400 ° K corroderanno i componenti prima
Applicazioni del generatore MHD
Le applicazioni sono
- I generatori MHD vengono utilizzati per la guida di sottomarini, aerei, esperimenti in galleria del vento ipersonica, applicazioni di difesa e così via.
- Sono usati come file alimentazione ininterrotta sistema e come centrali elettriche nelle industrie
- Possono essere utilizzati per generare energia elettrica per applicazioni domestiche
Domande frequenti
1). Cos'è un pratico generatore MHD?
Sono stati sviluppati pratici generatori MHD per combustibili fossili. Tuttavia, questi sono stati superati da cicli combinati a basso costo, in cui lo scarico delle turbine a gas riscalda il vapore per far funzionare una turbina a vapore.
2). Cos'è il seeding nella generazione MHD?
La semina è un processo di iniezione di un materiale di semina come carbonato di potassio o cesio nel plasma / fluido per aumentare la conduttività elettrica.
3). Cos'è il flusso MHD?
Il movimento lento di un fluido può essere descritto come un movimento regolare e ordinato. Qualsiasi disturbo nella velocità del flusso, porta a turbolenza, modificando rapidamente le caratteristiche del flusso.
4). Quale carburante viene utilizzato nella generazione di energia MHD?
I gas refrigeranti come l'elio e l'anidride carbonica vengono utilizzati come plasma nei reattori nucleari per dirigere la generazione di energia MHD.
5). Il plasma può generare elettricità?
Il plasma è un buon conduttore di elettricità in quanto ha molti elettroni liberi. Diventa elettricamente conduttivo quando vengono applicati campi elettrici e magnetici che influenzano il comportamento delle particelle cariche.
Questo articolo fornisce una descrizione dettagliata di una panoramica del generatore MHD , che genera elettricità utilizzando liquido metallico. Abbiamo anche discusso del principio del generatore MHD, dei progetti e dei metodi di lavoro. Inoltre, questo articolo evidenzia i vantaggi e gli svantaggi e le varie applicazioni del generatore MHD. Ecco una domanda per te, qual è la funzione di un generatore?
