Электрическая энергия может быть получена только за счет торможения и сжатия вещества. Если бы внутри трубы постоянного сечения двигалась бы проводящая несжимаемая жидкость (например, ртуть), то в силу несжимаемости жидкости или непрерывности расхода (постоянства скорости движения жидкости) такое устройство не могло бы служить генератором электрической энергии. Поэтому рабочим веществом в МГД может служить только газ.
Как следует из формулы (13.5.52) рабочий газ должен обладать определенной проводимостью. Следовательно, это должен быть ионизированный газ.
Достаточную ионизацию газа можно получить или нагревая его до высоких температур (3¸6)103 К или добавляя к нему легко ионизирующиеся присадки. В качестве присадок могут служить вещества с малым потенциалом ионизации, например, пары цезия. Так потенциал ионизации азота равен 14,5 эв., кислорода – 13,5 эв., а цезия – 3,88 эв.. из всех этих элементов цезий имеет наименьший потенциал ионизации. Достаточная ионизация воздуха, а следовательно его достаточная проводимость может быть достигнута только при очень высоких температурах порядка (5-6)103 К. но в настоящее время не существует конструкционных материалов, который бы длительное время выдерживали столь высокую температуру. Именно с целью снижения температуры газа для обеспечения его достаточной проводимостью и необходимо делать легкоионизирующиеся присадки. Но поскольку цезий дорогой материал, то очевидно, что газ с присадкой должен циркулироваться в некотором замкнутом контуре обеспечивающим сохранность присадки.
Сделаем ориентировочный расчет. Пусть МГД имеет следующие характеристики:
Н0=104 э , u=1000
=105
, l=100см
, а=10см , s=1012
.
Тогда напряжение на боковых пластинах МГД будет равно:
U=bE=b
uH0=
В .
Мощность генератора:
ВТ=2500кВТ .
Из формулы (13.5.52) следует, что наряду с увеличением проводимости рабочего газа необходимо увеличивать его скорость и напряженность магнитного поля. В настоящее время конструкторы стремятся использовать явление сверхпроводимости для создания сильных постоянных магнитных полей.
Формула (13.5.52) может использоваться только для очень грубых оценок, т.к. при ее выводе мы не учитывали много факторов сильно влияющих на эффективность работы МГД (магнитное поле тока в электронном промежутке, торможение газа и т.д.).
Реальные магнитогидродинамические генераторы состоят их камеры сгорания или нагрева рабочего газа с присоединенным к ней сопло Лаваля в котором газ ускоряется. Сопло Лаваля помещено в поперечное постоянное магнитное поле. Внутри сопла также смонтированы токоприемные пластины к которым и подключается внешняя электрическая нагрузка.
Тяга создаваемая реактивным двигателем равна Mu, где М – масса вещества, отбрасываемая двигателем в 1 секунду, u - скорость с которой эта масса отбрасывается. Следовательно, для создания максимальной тяги при заданном количестве вещества она должна отбрасываться двигателем с максимальной скоростью. Если воспользоваться газодинамическим способом ускорения газового потока, то скорость вытекающего газа из сопла двигателя не может быть больше максимальной скорости:
. (13.5.53)
Из формулы (13.5.53) видно, что для увеличения скорости истечения газа необходимо увеличивать его температуру Т0 и использовать газ с малым молекулярным весом. Формула (13.5.53) приведена лишь затем, чтобы показать, что существует предел увеличения скорости газодинамическими средствами. В действительности как показывалось в разделе “волна разряжения” скорость umax может быть достигнута при истечении в вакуум при абсолютной температуре вытекающего газа равной нулю. При этом поток должен повернуть на определенный угол так, что реактивная тяга, направленная вдоль двигателя, некоторой части струи будет равна нулю или даже отрицательной.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.