مولدات MHD هي أجهزة تستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من خلال التفاعل مع سائل متحرك مثل الغاز المتأين أو البلازما والمجال المغناطيسي. استخدام القوة المغنطيسية الهيدروديناميكية مولدات كهرباء تمت ملاحظته لأول مرة من قبل 'مايكل فاراداي' خلال 1791-1867 أثناء تحريك مادة كهربائية سائلة عبر مجال مغناطيسي ثابت. توفر محطات الطاقة MHD القدرة على توليد الطاقة الكهربائية على نطاق واسع مع تقليل التأثير البيئي. هناك أنواع مختلفة من مولدات MHD المصممة بناءً على نوع التطبيق والوقود المستخدم. يستخدم مولد نبضي MHD للمواقع البعيدة لتوليد الطاقة الكهربائية من النبضات الكبيرة.

ما هو مولد MHD؟

تعريف: المولد المغنطيسي الهيدروديناميكي (MHD) هو جهاز يولد الطاقة مباشرة من خلال التفاعل مع تيار سريع الحركة من السوائل ، وعادة ما تكون الغازات المتأينة / البلازما. تقوم أجهزة MHD بتحويل الحرارة أو الطاقة الحركية إلى ملفات طاقة كهربائية . الإعداد النموذجي لمولد MHD هو أن كلا من التوربينات والكهرباء قوة يندمج المولد في وحدة واحدة ولا يحتوي على أجزاء متحركة ، وبالتالي ، مما يلغي الاهتزازات والضوضاء ، ويحد من التآكل والتلف. تتميز محركات MHD بأعلى كفاءة ديناميكية حرارية لأنها تعمل في درجات حرارة أعلى من التوربينات الميكانيكية.

الأفضل قبل المولد

الأفضل قبل تصميم المولد

يجب زيادة كفاءة المواد الموصلة لزيادة الكفاءة التشغيلية لجهاز توليد الطاقة. يمكن تحقيق الكفاءة المطلوبة عند تسخين الغاز ليصبح بلازما / سائلًا أو إضافة مواد أخرى قابلة للتأين مثل أملاح الفلزات القلوية. لتصميم وتنفيذ مولد MHD ، يتم النظر في العديد من القضايا مثل الاقتصاد ، والكفاءة ، والقنوات الهوائية الملوثة. ثلاثة تصاميم شائعة لمولدات MHD هي:

فاراداي تصميم مولد MHD

يتضمن تصميم مولد فاراداي البسيط أنبوبًا على شكل إسفين أو أنبوب مصنوع من مادة غير موصلة. ينتج المغناطيس الكهربائي القوي مجالًا مغناطيسيًا ويسمح للسائل الموصل بالمرور عبره بشكل عمودي ، مما يؤدي إلى تحفيز الجهد. يتم وضع الأقطاب الكهربائية في زوايا قائمة على المجال المغناطيسي لاستخراج الطاقة الكهربائية الناتجة.
يوفر هذا التصميم قيودًا مثل نوع المجال المستخدم والكثافة. في النهاية ، تتناسب كمية الطاقة المسحوبة باستخدام تصميم فاراداي طرديًا مع مساحة الأنبوب وسرعة السائل الموصل.

تصميم مولد القاعة MHD

يتدفق تيار الخرج المرتفع جدًا الناتج من خلال Faraday جنبًا إلى جنب مع مجرى المائع ويتفاعل مع المجال المغناطيسي المطبق مما يؤدي إلى تأثير هول. بمعنى آخر ، فإن التيار المتدفق مع السائل سيؤدي إلى فقدان الطاقة. إجمالي التيار الناتج يساوي مجموع المتجه لمكونات الاجتياز (فاراداي) والتيار المحوري. لالتقاط فقدان الطاقة هذا (Faraday and تأثير هول المكونات) وتحسين الكفاءة ، تم تطوير تكوينات مختلفة.

أحد هذه التكوينات هو استخدام أزواج الأقطاب الكهربائية التي تنقسم إلى سلسلة من المقاطع وتوضع جنبًا إلى جنب. كل زوج قطب كهربائي معزول عن بعضه البعض ومتصل في سلسلة لتحقيق جهد أعلى بتيار أقل. كبديل ، فإن الأقطاب الكهربائية ، بدلاً من أن تكون متعامدة ، تنحرف قليلاً لتتماشى مع مجموع متجه لتيارات فاراداي وتأثير هول ، مما يسمح باستخراج الطاقة القصوى من السائل الموصل. يوضح الشكل أدناه عملية التصميم.

تصميم المولد بتأثير القاعة

تصميم مولد قرص MHD

تصميم المولد MHD للقرص Hall Effect ذو كفاءة عالية وهو التصميم الأكثر استخدامًا. يتدفق السائل في مركز مولد القرص. تحيط القنوات بالقرص والسائل المتدفق. يتم استخدام زوج من ملفات Helmholtz لتوليد المجال المغناطيسي أعلى القرص وكذلك أسفله.

تتدفق تيارات فاراداي عبر حدود القرص ، بينما يتدفق تيار تأثير هول بين الأقطاب الكهربائية الحلقية الموجودة في مركز وحدود القرص.

التدفق الحالي في القرص

“ما هو مفتاح الضوء ثنائي الاتجاه ”

مبدأ مولد MHD

يُشار إلى مولد MHD عمومًا باسم دينامو السوائل ، والذي يُقارن بالدينامو الميكانيكي - أ معدن عندما يمر الموصل عبر مجال مغناطيسي يولد تيارًا في موصل.

ومع ذلك ، في مولد MHD ، يتم استخدام مائع التوصيل بدلاً من موصل معدني. كسائل موصل ( سائق ) ينتقل عبر المجال المغناطيسي ، وينتج مجالًا كهربائيًا عموديًا على المجال المغناطيسي. تعتمد عملية توليد الطاقة الكهربائية من خلال MHD على مبدأ قانون فاراداي من الحث الكهرومغناطيسي .
عندما يتدفق السائل الموصّل عبر مجال مغناطيسي ، يتولد جهد عبر سائله ويكون عموديًا على كل من تدفق السائل والمجال المغناطيسي وفقًا لقاعدة اليد اليمنى لـ Fleming.

بتطبيق قاعدة اليد اليمنى لـ Fleming على مولد MHD ، يتم تمرير سائل موصل عبر مجال مغناطيسي 'B'. يحتوي السائل الموصل على جزيئات شحن مجانية تتحرك بسرعة 'v'.

يتم إعطاء تأثيرات الجسيم المشحون الذي يتحرك بسرعة 'v' في مجال مغناطيسي ثابت بواسطة قانون قوة لورنتز. يتم إعطاء أبسط شكل من هذا الوصف أدناه بواسطة معادلة المتجه.

F = Q (ع × ب)

أين،

'F' هي القوة المؤثرة على الجسيم.
'Q' هي شحنة الجسيم ،
'v' هي سرعة الجسيم ، و
'ب' هو المجال المغناطيسي.

المتجه 'F' عمودي على 'v' و 'B' وفقًا لقاعدة اليد اليمنى.

مولد MHD يعمل

MHD كهرباء يظهر مخطط التوليد أدناه مع وحدات النظام الممكنة. بادئ ذي بدء ، يتطلب مولد MHD مصدرًا للغاز ذي درجة حرارة عالية ، والذي يمكن أن يكون إما مبردًا لمفاعل نووي أو يمكن أن يكون غازات احتراق عالية الحرارة منتجة من الفحم.

مولد العمل mhd

عندما يمر الغاز والوقود عبر فوهة التمدد ، فإنه يقلل من ضغط الغاز ويزيد من سرعة السائل / البلازما عبر مجرى MHD ، ويزيد من الكفاءة الكلية لإخراج الطاقة. حرارة العادم الناتجة من السائل عبر القناة هي طاقة التيار المستمر. يستخدم لتشغيل الضاغط لزيادة معدل احتراق الوقود.

دورات MHD وسوائل العمل

يمكن استخدام أنواع الوقود مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي وأنواع الوقود الأخرى القادرة على إنتاج درجات حرارة عالية في مولدات MHD. إلى جانب ذلك ، يمكن لمولدات MHD استخدام الطاقة النووية لتوليد الكهرباء.

مولدات MHD من نوعين - أنظمة الدورة المفتوحة والدورة المغلقة. في نظام الدورة المفتوحة ، يتم تمرير سائل العمل مرة واحدة فقط عبر قناة MHD. ينتج عن هذا غازات عادم بعد توليد طاقة كهربائية ، والتي يتم إطلاقها في الغلاف الجوي عبر كومة. يتم إعادة تدوير سائل العمل في نظام الدورة المغلقة إلى مصدر الحرارة لإعادة استخدامه بشكل متكرر.

“مقوم الجسر مع مرشح مكثف ”

السائل العامل المستخدم في نظام الدورة المفتوحة هو الهواء ، بينما يستخدم الهيليوم أو الأرجون في نظام الدورة المغلقة.

مزايا

ال مزايا مولد MHD تشمل ما يلي.

تقوم مولدات MHD بتحويل الحرارة أو الطاقة الحرارية مباشرة إلى طاقة كهربائية
لا تحتوي على أجزاء متحركة ، لذا ستكون الخسائر الميكانيكية ضئيلة
كفاءة عالية لديها كفاءة تشغيلية أعلى من المولدات التقليدية ، وبالتالي ، فإن التكلفة الإجمالية لمحطة MHD أقل مقارنة بمحطات البخار التقليدية
تكاليف التشغيل والصيانة أقل
إنه يعمل على أي نوع من الوقود ولديه استخدام أفضل للوقود

سلبيات

ال عيوب مولد MHD تشمل ما يلي.

يساعد في الكم الهائل من الخسائر التي تشمل احتكاك السوائل وفقد نقل الحرارة
يحتاج إلى مغناطيسات كبيرة ، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف في تنفيذ مولدات MHD
درجات حرارة التشغيل العالية في النطاق من 200 درجة كلفن إلى 2400 درجة كلفن ستؤدي إلى تآكل المكونات عاجلاً

تطبيقات مولد MHD

التطبيقات

تستخدم مولدات MHD لقيادة الغواصات والطائرات وتجارب نفق الرياح التي تفوق سرعتها سرعة الصوت وتطبيقات الدفاع وما إلى ذلك.
يتم استخدامها كملف مصدر طاقة غير متقطع النظام وكمحطات توليد الطاقة في الصناعات
يمكن استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية للتطبيقات المنزلية

أسئلة وأجوبة

1). ما هو مولد MHD العملي؟

تم تطوير مولدات MHD العملية للوقود الأحفوري. ومع ذلك ، تم تجاوز هذه الدورات من خلال الدورات المركبة منخفضة التكلفة ، حيث يقوم عادم التوربينات الغازية بتسخين البخار لتشغيل التوربينات البخارية.

2). ما هو البذر في جيل MHD؟

البذر هو عملية حقن مادة البذر مثل كربونات البوتاسيوم أو السيزيوم في البلازما / السائل لزيادة التوصيل الكهربائي.

3). ما هو تدفق MHD؟

يمكن وصف الحركة البطيئة للسوائل بأنها حركة منتظمة ومنظمة. أي اضطراب في سرعة التدفق يؤدي إلى اضطراب وتغيير خصائص التدفق بسرعة.

4). ما هو الوقود المستخدم في توليد الطاقة MHD؟

تُستخدم غازات المبرد مثل الهليوم وثاني أكسيد الكربون كبلازما في المفاعلات النووية لتوجيه توليد طاقة MHD.

5). هل يستطيع البلازما توليد الكهرباء؟

تعد البلازما موصلًا جيدًا للكهرباء حيث تحتوي على الكثير من الإلكترونات الحرة. تصبح موصلة للكهرباء عند تطبيق المجالات الكهربائية والمغناطيسية والتي تؤثر على سلوك الجسيمات المشحونة.

“كسب الوضع المشترك للمكبر التفاضلي ”

تقدم هذه المقالة وصفًا تفصيليًا لـ لمحة عامة عن مولد MHD الذي يولد الكهرباء باستخدام سائل معدني. ناقشنا أيضًا مبدأ مولد MHD والتصميمات وأساليب العمل. بالإضافة إلى ذلك ، تسلط هذه المقالة الضوء على مزايا وعيوب والتطبيقات المختلفة لمولد MHD. هنا سؤال لك ما هي وظيفة المولد؟