磁流體發電
編輯磁流體發電機(MHD發電機)是一種將熱能和動能直接轉化為電能的磁流體轉換器。 與傳統發電機一樣,MHD 發電機依靠在磁場中移動導體來產生電流。 MHD 發生器使用熱導電電離氣體(等離子體)作為移動導體。 相比之下,機械發電機利用機械裝置的運動來實現這一點。
MHD 發電機不同于傳統的發電機,因為它們在沒有移動部件(例如沒有渦輪機)的情況下運行以限制溫度上限。 因此,它們具有任何發電方法中已知的最高理論熱力學效率。 MHD 已被廣泛開發為頂部循環以提高發電效率,特別是在燃燒煤或天然氣時。 來自 MHD 發電機的熱廢氣可以加熱蒸汽發電廠的鍋爐,從而提高整體效率。
已經為化石燃料開發了實用的 MHD 發電機,但它們被更便宜的聯合循環所取代,在聯合循環中,燃氣輪機或熔融碳酸鹽燃料電池的廢氣加熱蒸汽為蒸汽輪機提供動力。
MHD 發電機是 MHD 加速器的補充,已應用于泵送液態金屬、海水和等離子體。
天然 MHD 發電機是等離子體物理學研究的一個活躍領域,地球物理學和天體物理學界對它們非常感興趣,因為地球和太陽的磁場是由這些天然發電機產生的。
原則
編輯洛倫茲力定律描述了帶電粒子在恒定磁場中運動的影響。 該定律的最簡單形式由矢量方程給出。
根據右手法則,矢量 F 垂直于 v 和 B。
發電
編輯通常,大型發電站要想達到計算機模型的運行效率,就必須采取措施來提高導電物質的電導率。 將氣體加熱到等離子體狀態或添加其他容易電離的物質(如堿金屬鹽)可以實現這種增加。 實際上,在實施 MHD 發電機時必須考慮許多問題:發電機效率、經濟性和有毒副產品。 這些問題受到三種 MHD 發生器設計之一的影響:法拉第發生器、霍爾發生器和圓盤發生器。
法拉第發生器
法拉第發電機以邁克爾法拉第在泰晤士河中移動帶電粒子的實驗命名。
一個簡單的法拉第發電機將由一些非導電材料制成的楔形管或管組成。 當導電流體流過管道時,在存在顯著垂直磁場的情況下,流體中會感應出電壓,通過將電極放置在與磁體成 90 度角的側面,可以將電壓作為電能引出 場地。
對使用的字段的密度和類型有限制。 可提取的功率量與管的橫截面積和傳導流的速度成正比。 導電物質也被這個過程冷卻和減慢。 MHD 發生器通常會將導電物質的溫度從等離子體溫度降低到略高于 1000 °C。
法拉第發生器的主要實際問題是流體中的差分電壓和電流通過管道兩側的電極短路。 xxx大的浪費來自霍爾效應電流。 這使得法拉第管效率非常低。 MHD 發生器的大多數進一步改進都試圖解決這個問題。 管道形 MHD 發電機上的最佳磁場是一種馬鞍形。 為了獲得這個磁場,大型發電機需要極其強大的磁鐵。
許多研究小組已嘗試將超導磁體用于此目的,并取得了不同程度的成功。
霍爾發生器
從歷史上看,典型的解決方案是使用霍爾效應來產生隨流體流動的電流。 (見插圖。)這種設計在管道的兩側有短的分段電極陣列。 管道中的xxx個和最后一個電極為負載供電。 每個其他電極都與管道相對側的電極短路。 法拉第電流的這些短路在流體中感應出強大的磁場,但在與法拉第電流成直角的圓弦中。
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