Магнитогидродинамические движители. Принцип действия и перспективные области применения

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Национальный исследовательский университет

Московский энергетический институт

Магнитогидродинамические движители. Принцип действия и перспективные области применения

Рыжиков Кирилл Валерьевич

магистрант;

Гончаров Владимир Иванович

старший преподаватель, кафедра электромеханики, электрических и электронных аппаратов

Аннотация: магнитогидродинамические (МГД) движители - это область техники, получившая распространение за последнее десятилетие. Данная область весьма специфическая и требует широкой огласки среди студентов и ученых в области электротехники. Данная статья носит преимущественно ознакомительный характер, но параллельно с этим в ней выдвинуты весьма интересные способы применения рассматриваемых устройств. В статье уделено внимание эффектам, позволяющим создать устройства подобного рода, они называются «магнитогидродинамические». Ключевые слова: магнитная гидродинамика, МГД-движитель, МГД-эффект.

MAGNETIC HYDRODYNAMIC MOVERS. PRINCIPLE OF OPERATION AND PERSPECTIVE APPLICATIONS

Ryzhikov K.V.1, Goncharov V.I.2

Ryzhikov Kirill Valeryevich - Graduate Student;

Goncharov Vladimir Ivanovich - Senior Lecturer,

DEPARTMENT OF ELECTROMECHANICS, ELECTRICAL AND ELECTRONIC DEVICES,

FEDERAL STATE BUDGET EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY

MOSCOW POWER ENGINEERING INSTITUTE,

Abstract: magnetohydrodynamic (MHD) propellers, this is a field of technology that has spread over the past decade. This area is very specific and requires wide publicity among students and scientists in the field of electrical engineering. This article is mainly familiarizing in nature, but at the same time it puts forward very interesting ways of using the devices under consideration. The article focuses on the effects that allow creating devices of this kind, they are called magnetohydrodynamic devices. Keywords: magnetic hydrodynamics, MHD propulsor, MHD effect.

Еще во времена Фарадея был открыт эффект образования ЭДС и появления электрического тока в твердых и жидких проводящих материалах, передвигающихся в магнитном поле (рисунок 1). Взаимодействие токов в жидком проводящем теле, с магнитным полем приводит к появлению в потоке пондеромоторных электромагнитных сил fu. Эти силы, будучи распределены в объеме жидкости, оказывают влияние на характер течения жидкости, а также на устойчивость течения.

магнитогидродинамический движитель ток

Рис. 1. Проводящий материал в магнитном поле

В том случае, если на проводящую жидкость подать разность потенциалов, и при наличии поперечного магнитного потока, текущие в жидкости кондукционные токи с плотностью Jк вызывают пондеромоторные силы и проводящая среда приходит в движение. Параллельно с этим, на поток накладывается поле электромагнитных сил, которые совместно образуют вектор направления движения жидкости. Эти электромагнитные воздействия на поток проводящей субстанции называют МГД эффектом первого рода.

Аналогично электрическим машинам, токи, протекающие в жидкости, создают поле реакций, которое искривляет внешнее электромагнитное поле. Неравномерность в распределении локальных параметров течения приводит к неравномерному распределению в потоке индуктируемых ЭДС и токов, хотя наведенные пондеромоторные силы (при слабой проводимости жидкости) могут и не оказывать влияния на структуру течения. Этот характер воздействия реакции токов принято называть МГД-эффектом второго рода.

Аналогично стандартной электрической машине, реакция токов должна быть всегда, поэтому эффекты первого рода неизбежно тянут за собой появление эффектов второго рода. На величину проявления данных эффектов влияют внешнее магнитное поле, а именно его интенсивность, и проводимость жидкости или плазмы, а также скорости ее передвижения.

Чтобы визуально осознать эти эффекты, можно провести упрощенный эксперимент - падение проводящего листа в зазор магнита (рисунок 2). Токи, наведенные в проводящем листе, изменяют магнитное поле (за это отвечает второй эффект), а параллельно с этим создают силу, которая препятствует перемещению (первый эффект). Мне кажется очевидным, что проявившиеся эффекты зависят как от проводимости материала, так и от скорости его перемещения. Лист из меди перемещался бы как будто в растворе густого масла, а лист из сверхпроводящего материала, вероятно, был бы вытолкнут из зазора. Если сверхпроводник поместить в магнитное поле, он полностью бы деформировал его и приложил бы силу противоположно направленную. Подобный эффект наблюдался бы в случае, если любой другой проводящий материал направить в зазор с достаточно высокой скоростью.

Рис. 2. Медный лист, входящий в зазор с магнитным полем

Физики говорят, что пондеромоторные силы могут быть диссипатавными или псевдовязкими, иногда псевдоупругими или консервативными. Вследствие этого в магнитной гидродинамике используется понятие «вмораживания» поля в жидкость, т.е. поле переносится жидкостью [1].

Теоретически, существуют четыре направления промышленного применения МГД-генераторов:

ТЭЦ и ТЭС с МГД-генератором работающем от продуктов сгорания топлива, подобные устройства достаточно просты и потенциально имеют перспективы массового применения;

АЭС с МГД-генератором работающих от инертного газа, нагреваемого в ядерном реакторе; развитие этого направления в первую очередь зависит от развития атомной отрасли с реакторами, у которых температура рабочего тела выше 2000 К;

Термоядерные электростанции безнейтронного цикла (например, D + 3He > p + 4He + 18.353 МэВ) c МГД-генераторами работающими от высокотемпературной плазмы;

Установки с МГД-генератором работающим от жидкого металла, они потенциально полезны в атомной энергетики и специальных энергетических установок сравнительно малой мощности;

Гиперзвуковые авиационные системы.

Несмотря на заманчивые перспективы и бурное развитие исследований в области МГД-генераторов в 1970-е годы, устройства на их основе так и не нашли широкого промышленного применения. Камнем преткновения является отсутствие материалов для стенок генератора и электродов, способных работать при возникающих запредельных температурах достаточно долгое время [2].

В наше время появился научный и технический интерес о применении МГД движителей на больших крупнотоннажных судах и подводных лодках. Движители подобной системы более перспективны на высокоскоростных подводных лодках и судах, к тому же они неизбежно уменьшают проблемы вибрации и шума. Принцип действия в подобных механизмах аналогичен обычному МГД насосу, только в качестве рабочего тела используется соленая морская вода, а индуктор расположен среди стенок вдоль всего судна. Однако, остается открытым вопрос о воздействии столь мощного электромагнитного поля на человека.

Существуют и другие типы движителей применяемых для морских судов и не только, однако информации о подобных устройствах недостаточно, чтобы сделать подробные расчеты и схемы реализации. В подобной отрасли предстоит столкнуться с большим количеством нерешенных проблем, однако данное направление является интересным и перспективным в реалиях настоящего времени.

Список литературы

Магнитогидродинамические электрические машины и устройства. Тамоян Г.С. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmech.mpei.ac.ru/books/edu/MGD/index.html/ (дата обращения:

15.12.2017).

Магнитогидродинамический генератор. ВикипедиЯ. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki / (дата обращения: 15.12.2017).

Размещено на Allbest.ru