Магнитогидродинамический преобразователь
Магнитогидродинамический преобразователь ( МГД-преобразователь ) — электромагнитная машина без движущихся частей занимающаяся магнитогидродинамикой — исследованием кинетики электропроводящих жидкостей , ( жидкости или ионизированного газа) в присутствии электромагнитных полей . Такие преобразователи действуют на жидкость, используя силу Лоренца , и работают двумя возможными способами: либо как электрический генератор, называемый МГД-генератором , извлекая энергию из движущейся жидкости; или как электродвигатель, называемый МГД-ускорителем или магнитогидродинамическим приводом , приводящий жидкость в движение путем впрыскивания энергии. МГД-преобразователи действительно обратимы, как и многие электромагнитные устройства. [1]
Майкл Фарадей впервые попытался протестировать МГД-преобразователь в 1832 году. МГД-преобразователи, использующие плазму, тщательно изучались в 1960-х и 1970-х годах, при большом государственном финансировании и проведении специальных международных конференций . Одним из основных концептуальных применений было использование МГД-преобразователей на горячих выхлопных газах на угольной электростанции , где они могли извлекать часть энергии с очень высокой эффективностью, а затем передавать ее в обычную паровую турбину . Исследования почти прекратились после того, как выяснилось, что электротермическая нестабильность может серьезно ограничить эффективность таких преобразователей при использовании интенсивных магнитных полей. [2] хотя решения могут существовать. [3] [4] [5] [6]
(линейный тип Фарадея с сегментными электродами)
МГД-генерация электроэнергии
[ редактировать ]Магнитогидродинамический генератор — это МГД-преобразователь, преобразующий кинетическую энергию электропроводящей жидкости, движущейся относительно постоянного магнитного поля, в электричество . Генерация МГД-энергии широко тестировалась в 1960-х годах с использованием жидких металлов и плазмы в качестве рабочих тел. [7]
По сути, плазма движется вниз по каналу, стенки которого снабжены электродами. Электромагниты создают однородное поперечное магнитное поле внутри полости канала. Сила Лоренца тогда действует на траекторию входящих электронов и положительных ионов, разделяя противоположные носители заряда по их знаку. Поскольку отрицательные и положительные заряды пространственно разделены внутри камеры, разность электрических потенциалов на электродах можно получить . Хотя работа извлекается из кинетической энергии приближающейся высокоскоростной плазмы, жидкость во время процесса замедляется.
МГД двигательная установка
[ редактировать ]Магнитогидродинамический ускоритель представляет собой МГД-преобразователь, который придает движение электропроводящей жидкости, первоначально находящейся в состоянии покоя, используя перекрестный электрический ток и магнитное поле, приложенные внутри жидкости. МГД-движительная установка в основном тестировалась на моделях кораблей и подводных лодок в морской воде . [8] [9] С начала 1960-х годов также продолжаются исследования аэрокосмического применения МГД для движения самолетов и управления потоком для обеспечения гиперзвукового полета : воздействие на пограничный слой для предотвращения турбулентности ламинарного потока, смягчение или подавление ударной волны для теплового контроля и уменьшения волны. сопротивление и формирующее сопротивление, управление входным потоком и снижение скорости воздушного потока с помощью секции МГД-генератора перед ГПВРД или турбореактивным двигателем для расширения их режимов при более высоких числах Маха в сочетании с МГД-ускорителем в выхлопном сопле, питаемым от МГД-генератора через байпасную систему. . Также ведутся исследования по различным конструкциям электромагнитно-плазменных двигателей для освоения космоса . [10] [11] [12] [13]
В МГД-ускорителе сила Лоренца ускоряет все носители заряда в одном направлении независимо от их знака, а также нейтральные атомы и молекулы жидкости посредством столкновений. Жидкость выбрасывается назад, и в результате этого автомобиль ускоряется вперед.
См. также
[ редактировать ]- Плазма (физика)
- сила Лоренца
- Электротермическая нестабильность
- Бескрылый электромагнитный летательный аппарат
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пети, Жан-Пьер (1983). Барьер молчания (PDF) . Приключения Арчибальда Хиггинса. Знания без границ.
- ^ Велихов Е.П.; Дыхне, А.М.; Шипук, И. Я (1965). Ионизационная неустойчивость плазмы с горячими электронами (PDF) . 7-я Международная конференция по ионизационным явлениям в газах. Белград, Югославия.
- ^ Шапиро, Дж.И.; Нельсон, АХ (12 апреля 1978 г.). «Стабилизация ионизационной неустойчивости в переменном электрическом поле». Письма в журнале технической физики . 4 (12): 393–396. Бибкод : 1978ПЖТФ...4..393С .
- ^ Мураками, Т.; Окуно, Ю.; Ямасаки, Х. (декабрь 2005 г.). «Подавление ионизационной нестабильности в магнитогидродинамической плазме путем взаимодействия с радиочастотным электромагнитным полем» (PDF) . Письма по прикладной физике . 86 (19): 191502–191502.3. Бибкод : 2005АпФЛ..86с1502М . дои : 10.1063/1.1926410 .
- ^ Пети, Ж.-П.; Джеффрэ, Дж. (июнь 2009 г.). «Неравновесные плазменные неустойчивости» . Acta Physica Polonica А. 115 (6): 1170–1173. Бибкод : 2009AcPPA.115.1170P . дои : 10.12693/aphyspola.115.1170 .
- ^ Пети, Ж.-П.; Доре, Ж.-К. (2013). «Устранение электротермической неустойчивости Велихова путем изменения величины электропроводности в стримере магнитным удержанием» . Акта Политехника . 53 (2): 219–222. дои : 10.14311/1765 . hdl : 10467/67041 .
- ^ Хейнс, МГ; Макнаб, ИК (1974). «Магнитогидродинамическая динамика мощности» (PDF) . Физика в технике . 5 (4): 278–300. Бибкод : 1974PhTec...5..278H . дои : 10.1088/0305-4624/5/4/I03 .
- ^ Дейн, Абэ (август 1990 г.). «Реактивные корабли со скоростью 100 миль в час» (PDF) . Популярная механика . стр. 60–62 . Проверено 4 апреля 2018 г.
- ^ Нормил, Деннис (ноябрь 1992 г.). «Сверхпроводимость уходит в море» (PDF) . Популярная наука . Компания Бонньер. стр. 80–85 . Проверено 4 апреля 2018 г.
- ^ Шерман, А. (январь 1963 г.). «Магнитогидродинамическая двигательная установка» (PDF) . Р63СД5 (Отчет). Управление научных исследований ВВС.
- ^ Картер, А.Ф.; Уивер, WR; Макфарланд, ДР; Вуд, врач общей практики (декабрь 1971 г.). «Разработка и первоначальные эксплуатационные характеристики линейного плазменного ускорителя мощностью 20 МВт» (PDF) . NASA-TN-D-6547 (Отчет). Исследовательский центр Лэнгли: НАСА. hdl : 2060/19720005094 .
- ^ Личфорд, Рон Дж.; Линеберри, Джон Т. (май 2008 г.). Магнитогидродинамический эксперимент с дополнительным движителем . Ежегодное техническое совещание. Яманакако, Япония: Японское общество МГД. hdl : 2060/20080033025 .
- ^ Рой, Субрата; Арнольд, Дэвид; Лин, Дженшан; Шмидт, Тони; Линд, Рик; и др. (20 декабря 2011 г.). Управление научных исследований ВВС; Университет Флориды (ред.). Демонстрация бескрылого электромагнитного летательного аппарата (PDF) (Отчет). Центр оборонной технической информации. АСИН B01IKW9SES . AFRL-OSR-VA-TR-2012-0922. Архивировано (PDF) из оригинала 17 мая 2013 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Саттон, Джордж В.; Шерман, Артур (июль 2006 г.). Инженерная магнитогидродинамика . Дуврское гражданское и машиностроительное строительство. Дуврские публикации. ISBN 978-0486450322 .
- Вейер, Том; Шатров, Виктор; Гербет, Гюнтер (2007). «Управление потоком и движение в плохих проводниках». Молоков Сергей С.; Моро, Р.; Моффатт, Х. Кейт (ред.). Магнитогидродинамика: историческая эволюция и тенденции . Springer Science+Business Media. стр. 295–312. дои : 10.1007/978-1-4020-4833-3 . ISBN 978-1-4020-4832-6 .