Альтернативная энергетика

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

МГД-установки открытого цикла

МГД-генератор в установке открытого цикла может работать эффективно лишь при достаточно высокой электрической проводимости. В частности, температура на выходе из МГД-генератора не должна быть ниже 2300К.

Газы с такой температурой представляют еще большую энергетическую ценность и должны быть использованы.

Схемы МГД-генератора могут быть различными. На 59 изображен МГД-генератор с так называемыми сплошными электродами. Для реального плазменного МГД-генератора такая схема в большинстве случаев оказывается неприемлемой из-за наличия эффекта Холла, который возникает в проводнике с током, находящемся в магнитном поле. По законам электродинамики в таком проводнике возникает электрическое поле, вектор которого перпендикулярен вектору тока в проводнике и вектору магнитного поля. Иными словами, в случае МГД-генератора вектор этого электрического поля параллелен оси канала. В результате на всей длине канала возникает эдс Холла. Из-за большой длины канала эдс Холла может достигать нескольких, а иногда и десятков киловольт.

Наличие эффекта Холла приводит к тому, что закон Ома для канала МГД-генератора в его простейшей форме становится несправедливым.

Из этих уравнений следует, что наличие эффекта Холла приводит к тому, что ток в МГД-генераторе течет не только в направлении оси у, как это предполагается при элементарном рассмотрении, но и вдоль оси х. Направление результирующего тока существенно зависит ох параметра Холла р. В зависимости от параметра (3 цедесообразно применить одну из схем включения МГД-геиератора, изображенных на 61. При малом р лучше использовать фарадеевский МГД-генератор (61'.а), в котором каждая пара электродов э генератора присоединена на самостоятельную нагрузку Н. При средних значениях р используется схема с диагональным соединением электродов и с небольшим числом нагрузок Н (61,6). Смысл такого диагонального соединения электродов заключается в том, что за счет существования холловской и фарадеевской эдс результирующий вектор напряженности электрического поля направлен под некоторым углом к оси канала. Направление перпендикулярное этому вектору, оказывается эквипотенциальным. Так, электроды ai и бз, аг и 64 и т.п. окажутся лежащими на эквипотенциалях и могут быть замкнуты накоротко.

Наконец, при больших р предпочтителен так называемый холлов-ский канал (61 ja), в котором противоположные электроды лежат на эквипотенциале и могут быть попарно коротко замкнуты, а единственная нагрузка Н присоединена к крайним парам электродов.

Параметр Холла зависит от физических свойств плазмы, прежде всего от сечений взаимодействия электронов с другими частицами; кроме того, он пропорционален индукции магнитного поля В. При постоянной температуре р растет с уменьшением давления.

На основании экспериментов и расчетов размер электрода в направлении оси х следует выбирать таким, чтобы за счет холловской напряженности электрического поля разность потенциалов между соседними электродами не превышала 30-40В. При более протяженных электродах эта разность возрастает, и возможен дуговой пробой промежутка между электродами.

Существенной характеристикой МГД-генератора является скорость плазмы на входе в генератор и ее изменение по длине. Увеличение скорости плазмы может быть достигнуто за счет увеличения отношения давлений в сопле. Статическое давление в самом МГД-генераторе обычно принимается близким к атмосферному. Аргументы при выборе этого давления следующие:

а)         давление после диффузора должно быть достаточным для того»

чтобы протолкнуть продукты сгорания через все элементы газодинами

ческого тракта МГД-установки, во всяком случае до дымососа, стоящего

перед дымовой трубой;

б)         снижение статического давления в МГД-генераторе позволяет по

высить электропроводимость плазмы;

в)         снижение статического давления увеличивает параметр Холла.

По значению скорости в канале МГД-генераторы различаются на

дозвуковые и сверхзвуковые. Однако сложности, связанные со сверхзвуковым потоком, приводят к тому, что на практике скорость плазмы в МГД-генераторе принимают околозвуковой (М ~ 0,9). При температурах, характерных для МГД-генераторов открытого цикла, эта скорость составляет около 1000 м/с на входе и 0,8 от этой величины на выходе.