1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Если канал имеет ширину в, то на стенках канала, параллельных направлению магнитного поля (электродных стенках), возникает здс Е =Ъ'.В в. До тех пор„пока электроды не замкнуты на нагрузку, электромагнитные силы на пои кзз.гн а'ьтгд- ' „,„, . ток не действуют. Прн эамы- 1-аксая'«яявчз-эяяатэсяьчз-» вуэ канин цепи в потоке рабочего тела (жндкости нлн газа) потечет ток 1 = Е (1 к)/Кп .аде В, - внутреннее сопротивление генератора; к = ПŠ— коэффициент нагрузки; 11 — напряжение на нагрузке.
В соответствии с законами электродинамики на единицу длины проводника с током 1, находящегося в поперечном магнитном поле В, действуег сила Р = 1В, которая тормозит поток и преобразует его кинетическую энергию в электрическую энергию протекающего тока. Электрическая мощность г1, вырабатываемая в канале генератора, может быть определена либо как произведение тормозящей силы на скорость потока: 1Ц = ЫВХ) = 132В2 (14с)аЫ, (1) либо как произведение эдс на ток: Х = Е1 = Пэвэ(14с)оьуг, (2) где у и Х- высота н длина электродной стенки, о — коэффициент электр опрон одно сти. 12 Заказ 10 Полезная, выделяемая на нагрузке удельная мощность Х., генерируемая в единице объема канала (объем канала равен Ьу с'), определяется формулой Ы = — = Х)зВ'К(1-Е.)п . (3) ХК 4 уа ааааа «ааааа «иуауааиш Фааасаса шаас иаи Фауст аса аа аасаиаа асеа сия~а.
шасша ааааши д Юа ааасшаиаау.сшаиааиш уауааааа амаа М. йа аиши$' аеааиааиаа ааасаааюФФ Г, дай4( амаа д. йа ишвсьиаеюю авивсваа аюса аяВВВм юа ааасаша аив я' аааасяау .асааааауи д яа Фансса ааааав Рис. ба. Каассаиаиааиа М~Гд-уссааааак Классификация МГД-установок, предназначенных для разработки электроэнергии, представлена схемой иа рис.60.
5 2. ПЛАЗМЕННЫЕ МГД-ГЕНЕРАТОРЫ Рабочим телом в МГД-установках может быть электропроводный газ-плазма, представляющая собой квазинейтральную совокупность ионов, электронов, нейтральных атомов нли молекул. Газ превращается в плазму при его ионизации. Если ионизация достигается за счет высоких температур, она называется термической. Термическая ионизация подчиняется закону действующих масс подобно любой химической реакции, Теплота реакции ионизации, выраженная в электрон-вольтах, назы- 173 вается потенциалом ионизация.
Закон действующих масс (уравнение С ха) для термической ионизации имеет вид: пап~ (2к шекТ)эч 2р е% ехр ( — ), (4) По Па Яо КТ где и„ пь и, — концентрация соответственно электронов, ионов, нейтральньах атомов нли молекул в плазме; Ь вЂ” постоянная планка, У~ — потенциал ионизации атома; яь я — статистические веса основного состояния иона и основного состояния нейтрального атома.
В МГД-установках открытого цикла рабочим телом является плазма продуктов сгорания, органических топлив. Теоретическая температура горения бодьшинства органических топлив в атмосферном воздухе не превышает 2300К, что явно недостаточно для термической ионизации. Поднять температуру горения позволяет предварительный подогрев воздуха и обогащения воздуха кислородом. Для того чтобы получить плазму с электрической проводимостью не ниже 10 Смlм, в продукты сгорания вводят вещества с возможно более низким потенциалом нонизации, так называемую ионнзирующую присадку. Наименьший потенциал ионизацнн имеет цезий. Присадка должна быть по возможности дешевой, ибо несмотря на то, что в схемах МГД-установок открытого цикла ее извлекают нз продуктов сгорания, регеннруют и вновь пускают в дело, некоторое количество ее неминуемо теряется.
То количество присадки, которое все же выбрасывается с дымовым газом, не должно оказывать вредного воздействия на окружающую среду. Присадка не должна воздействовать на элементы конструкции МГД-установки, она должна быть технологичной- ввод и вывод ее — достаточно простыми. Исходя из приведенных причин для МГД-установок открытого цикла чаще всего в качестве присадки применяются соединения калия; КзСОа. КОН. Электрическая проводимость плазмы определяется концентрацией электронов и их рассеянием на частицах, составляющихплазму, 0,532еап, а = , (1) (апаКТ) ш (ЕЯаапа + ЕЯа~п!1 где Оаа и Ое - сечения рассеяния электронов на атомах н ионах.
Ф 3. МГД-УСГАНОВКИ ОНа Ы ГОГО ЦИКЛА МГД-генератор в установке открытого цикла может работать эффективно лишь прн 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 рис.59 изображен МГД-генератор с так называемыми сплошными электродами. Для реального плазменного МГД-генератора такая схема в большинстве случаев оказывается неприемлемой из-эа наличии эффекта Холла, который возникает в проводнике с током, находящемся в магнитном поле. Бо 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 здс 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. Вместо этого следует использовать уравнение обобщенного закона Ома, которое в векторной форме имеет вид 3 =оф)В|+ Е) — — ДВ1 В где ) - вектор плотности тока; Е - вектор напряженности электрического поля, создаваемого нагрузкой; Р = етВ/ш — параметр Холла; гл., е — масса н заряд электрона; т — время между столкновениями. Для координатной системы, показанной на рис.59, из уравнения (2) при некоторых упрощающих предположениях получаются следующие уравнения для проекций тока." Ь 3У= (()3 —.Е +~)Е„1 ~+рз ' у (3) Ц3(() — Е )+Е„) Ь 1+ Р~ У 180 Рис.
61. Схемы аилегчеиии МГД-генераторы а «сеииноннроаеннм» МГД-генератор; б - диагональное соединение; и - МГД- генератор Холла 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 от параметра Холла р. В зависимости от параметра 13 целесообразно применить одну из схем включения МГД-генератора, изображенных на рис.. ри .61.
П" и малом ~3 лучше использовать фарадеевский МГД-генератор (рис.61.а), в котором каждая пара электродов э генератора присоединена на самостоятельную нагрузку Н. При средних значениях 0 используется схема с диагональным соединением электродов и с небольшим числом нагрузок Н (рис.б!,б). Смысл такого диагонального соединения электродов заключается в том, что за счет существования холловской и фарадеевской здс результирующий вектор напряженности электрического поля направлен под некоторым углом к оси канала. Направление перпендикулярное этому вектору, оказывается эквипотенциальным. Так, электроды а~ и бт, ат и бе и т.п. окажутся лежащими на эквипотенциалях и могут быть замкнуты накоротко. Наконец, при больших )3 предпочтителен так называемый холловский канал (рис.61,в), в котором противоположныеэлектроды 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 электро- !81 дах зта 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 газодинамического тракта МГД-установки, во всяком случае до дымососа, стоящего перед дымовой трубой; б) снижение статического давления в МГД-генераторе позволяет повысить злектропроводимость плазмы; в) снижение статического давления увеличивает параметр Холла, По значению скорости в канале МГД-генераторы различаются на дозвуковые н 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, $4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
