मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर: उपकरण, संचालन का सिद्धांत और उद्देश्य

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

पृथ्वी पर सभी वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों का अब तक अध्ययन और सफलतापूर्वक उपयोग नहीं किया गया है। फिर भी, मानवता इस दिशा में सक्रिय रूप से विकसित हो रही है और नए विकल्प ढूंढ रही है। उनमें से एक इलेक्ट्रोलाइट से ऊर्जा प्राप्त करना था, जो एक चुंबकीय क्षेत्र में है।

नाम का डिज़ाइन प्रभाव और उत्पत्ति

इस क्षेत्र में पहला काम फैराडे को दिया जाता है, जिन्होंने 1832 की शुरुआत में प्रयोगशाला स्थितियों में काम किया था। उन्होंने तथाकथित मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक प्रभाव की जांच की, या यों कहें, वह एक विद्युत चुम्बकीय ड्राइविंग बल की तलाश में थे और इसे सफलतापूर्वक लागू करने का प्रयास किया। टेम्स नदी की धारा का उपयोग ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जाता था। प्रभाव के नाम के साथ, स्थापना को इसका नाम भी मिला - एक मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर।

यह एमएचडी डिवाइस सीधे एक को रूपांतरित करता हैऊर्जा का दूसरे रूप में, अर्थात् यांत्रिक से विद्युत में। ऐसी प्रक्रिया की विशेषताएं और समग्र रूप से इसके संचालन के सिद्धांत का वर्णन मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स में विस्तार से वर्णित है। इस अनुशासन के नाम पर ही जनरेटर का नाम रखा गया था।

प्रभाव क्रिया का विवरण

सबसे पहले, आपको यह समझना चाहिए कि डिवाइस के संचालन के दौरान क्या होता है। कार्रवाई में मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर के सिद्धांत को समझने का यही एकमात्र तरीका है। प्रभाव एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति और निश्चित रूप से, इलेक्ट्रोलाइट में एक विद्युत प्रवाह पर आधारित है। उत्तरार्द्ध को विभिन्न माध्यमों द्वारा दर्शाया जाता है, उदाहरण के लिए, तरल धातु, प्लाज्मा (गैस) या पानी। इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि संचालन का सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय प्रेरण पर आधारित है, जो बिजली उत्पन्न करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है।

यह पता चला है कि कंडक्टर को बल की क्षेत्र रेखाओं के साथ प्रतिच्छेद करना चाहिए। यह, बदले में, डिवाइस के अंदर दिखाई देने के लिए गतिमान कणों के सापेक्ष विपरीत चार्ज वाले आयनों के प्रवाह के लिए एक अनिवार्य शर्त है। क्षेत्र रेखाओं के व्यवहार को नोट करना भी महत्वपूर्ण है। इनसे निर्मित चुंबकीय क्षेत्र कंडक्टर के अंदर ही आयन आवेश के स्थान से विपरीत दिशा में गति करता है।

एमएचडी जनरेटर की परिभाषा और इतिहास

स्थापना तापीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए एक उपकरण है। यह उपरोक्त पर पूरी तरह से लागू होता हैप्रभाव। उसी समय, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर को एक समय में काफी नवीन और सफल विचार माना जाता था, जिसके पहले नमूनों के निर्माण ने बीसवीं शताब्दी के प्रमुख वैज्ञानिकों के दिमाग पर कब्जा कर लिया था। जल्द ही, ऐसी परियोजनाओं के लिए धन समाप्त हो गया, जो पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं। पहले प्रायोगिक प्रतिष्ठान पहले ही स्थापित किए जा चुके हैं, लेकिन उनका उपयोग छोड़ दिया गया है।

चुंबकीय गतिक जनरेटर के पहले डिजाइनों का वर्णन 1907-910 में किया गया था, हालांकि, कई विरोधाभासी भौतिक और वास्तुशिल्प विशेषताओं के कारण उन्हें नहीं बनाया जा सका। एक उदाहरण के रूप में, हम इस तथ्य का हवाला दे सकते हैं कि ऐसी सामग्री अभी तक नहीं बनाई गई है जो गैसीय वातावरण में 2500-3000 डिग्री सेल्सियस के ऑपरेटिंग तापमान पर सामान्य रूप से कार्य कर सके। रूसी मॉडल को नोवोमिचुरिंस्क शहर में एक विशेष रूप से निर्मित एमजीडीईएस में प्रदर्शित किया जाना था, जो रियाज़ान क्षेत्र में राज्य जिला बिजली संयंत्र के करीब स्थित है। 1990 के दशक की शुरुआत में परियोजना को रद्द कर दिया गया था।

डिवाइस कैसे काम करता है

अधिकांश भाग के लिए मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर के संचालन के डिजाइन और सिद्धांत सामान्य मशीन वेरिएंट के समान हैं। आधार विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का प्रभाव है, जिसका अर्थ है कि कंडक्टर में एक करंट दिखाई देता है। यह इस तथ्य के कारण है कि उत्तरार्द्ध डिवाइस के अंदर चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को पार करता है। हालाँकि, मशीन और MHD जनरेटर के बीच एक अंतर है। यह इस तथ्य में निहित है कि मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक वेरिएंट के लिएकंडक्टर का उपयोग सीधे कार्यशील निकाय द्वारा ही किया जाता है।

क्रिया भी आवेशित कणों पर आधारित होती है, जो लोरेंत्ज़ बल से प्रभावित होते हैं। कार्यशील द्रव की गति चुंबकीय क्षेत्र में होती है। इसके कारण, बिल्कुल विपरीत दिशाओं वाले आवेश वाहकों का प्रवाह होता है। गठन के चरण में, एमएचडी जनरेटर मुख्य रूप से विद्युत प्रवाहकीय तरल पदार्थ या इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते थे। यह वे थे जो बहुत काम करने वाले निकाय थे। आधुनिक विविधताएं प्लाज्मा में बदल गई हैं। नई मशीनों के लिए आवेश वाहक धनात्मक आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं।

एमएचडी जनरेटर का डिजाइन

डिवाइस के पहले नोड को चैनल कहा जाता है जिसके माध्यम से कार्यशील द्रव चलता है। वर्तमान में, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर मुख्य रूप से प्लाज्मा को मुख्य माध्यम के रूप में उपयोग करते हैं। अगला नोड मैग्नेट की एक प्रणाली है जो कार्य प्रक्रिया के दौरान प्राप्त होने वाली ऊर्जा को मोड़ने के लिए चुंबकीय क्षेत्र और इलेक्ट्रोड बनाने के लिए ज़िम्मेदार है। हालाँकि, स्रोत भिन्न हो सकते हैं। प्रणाली में विद्युत चुम्बक और स्थायी चुम्बक दोनों का उपयोग किया जा सकता है।

अगला, गैस बिजली का संचालन करती है और थर्मल आयनीकरण तापमान तक गर्म होती है, जो लगभग 10,000 केल्विन है। इसके बाद संकेतक को कम किया जाना चाहिए। तापमान बार 2, 2-2, 7 हजार केल्विन तक गिर जाता है, इस तथ्य के कारण कि क्षार धातुओं के साथ विशेष योजक काम के माहौल में जोड़े जाते हैं। अन्यथा, प्लाज्मा पर्याप्त नहीं हैडिग्री प्रभावी, क्योंकि इसकी विद्युत चालकता का मान उसी पानी की तुलना में बहुत कम हो जाता है।

विशिष्ट उपकरण चक्र

मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर के डिजाइन को बनाने वाले अन्य नोड्स को क्रम में कार्यात्मक प्रक्रियाओं के विवरण के साथ सूचीबद्ध किया जाता है जिसमें वे होते हैं।

1. दहन कक्ष में भरा हुआ ईंधन प्राप्त करता है। ऑक्सीकरण एजेंट और विभिन्न योजक भी जोड़े जाते हैं।
2. ईंधन जलने लगता है, जिससे दहन के उत्पाद के रूप में गैस बनने लगती है।
3. अगला, जनरेटर नोजल सक्रिय है। गैसें इससे होकर गुजरती हैं, जिसके बाद वे फैलती हैं, और उनकी गति ध्वनि की गति तक बढ़ जाती है।
4. कार्रवाई एक ऐसे कक्ष में होती है जो एक चुंबकीय क्षेत्र को स्वयं से होकर गुजरता है। इसकी दीवारों पर विशेष इलेक्ट्रोड हैं। चक्र के इस चरण में गैसें यहीं आती हैं।
5. फिर आवेशित कणों के प्रभाव में कार्यरत पिंड अपने प्राथमिक प्रक्षेपवक्र से विचलित हो जाता है। नई दिशा ठीक वहीं है जहां इलेक्ट्रोड हैं।
6. अंतिम चरण। इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। यहीं पर चक्र समाप्त होता है।

मुख्य वर्गीकरण

तैयार डिवाइस के लिए कई विकल्प हैं, लेकिन उनमें से किसी में भी ऑपरेशन का सिद्धांत लगभग समान होगा। उदाहरण के लिए, जीवाश्म दहन उत्पादों जैसे ठोस ईंधन पर मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर लॉन्च करना संभव है। एक स्रोत के रूप में भीऊर्जा, क्षार धातु वाष्प और तरल धातुओं के साथ उनके दो-चरण मिश्रण का उपयोग किया जाता है। ऑपरेशन की अवधि के अनुसार, एमएचडी जनरेटर को दीर्घकालिक और अल्पकालिक में विभाजित किया जाता है, और बाद वाले को स्पंदित और विस्फोटक में विभाजित किया जाता है। ताप स्रोतों में परमाणु रिएक्टर, ताप विनिमायक और जेट इंजन शामिल हैं।

इसके अलावा, कार्य चक्र के प्रकार के अनुसार एक वर्गीकरण भी है। यहाँ विभाजन केवल दो मुख्य प्रकारों में होता है। ओपन साइकिल जनरेटर में एडिटिव्स के साथ मिश्रित एक कार्यशील द्रव होता है। दहन उत्पाद कार्य कक्ष से गुजरते हैं, जहां उन्हें प्रक्रिया में अशुद्धियों से साफ किया जाता है और वातावरण में छोड़ा जाता है। एक बंद चक्र में, कार्यशील द्रव हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करता है और उसके बाद ही जनरेटर कक्ष में प्रवेश करता है। अगला, दहन उत्पाद कंप्रेसर की प्रतीक्षा कर रहे हैं, जो चक्र पूरा करता है। उसके बाद, काम करने वाला द्रव हीट एक्सचेंजर में पहले चरण में वापस आ जाता है।

मुख्य विशेषताएं

अगर मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर का उत्पादन करने का प्रश्न पूरी तरह से कवर किया जा सकता है, तो ऐसे उपकरणों के मुख्य तकनीकी मानकों को प्रस्तुत किया जाना चाहिए। इनमें से पहला महत्व शायद शक्ति है। यह काम कर रहे तरल पदार्थ की चालकता के साथ-साथ चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और इसकी गति के वर्गों के समानुपाती होता है। यदि कार्यशील द्रव लगभग 2-3 हजार केल्विन के तापमान वाला एक प्लाज्मा है, तो चालकता इसके लिए 11-13 डिग्री के समानुपाती और दबाव के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

आपको प्रवाह दर पर भी डेटा प्रदान करना चाहिए औरचुंबकीय क्षेत्र प्रेरण। इनमें से पहली विशेषता काफी व्यापक रूप से भिन्न होती है, सबसोनिक गति से लेकर हाइपरसोनिक गति तक 1900 मीटर प्रति सेकंड तक। चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण के लिए, यह चुम्बकों के डिजाइन पर निर्भर करता है। अगर वे स्टील के बने हैं, तो ऊपरी बार लगभग 2 टी पर सेट किया जाएगा। सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट वाले सिस्टम के लिए, यह मान 6-8 T तक बढ़ जाता है।

एमएचडी जनरेटर का आवेदन

आजकल ऐसे उपकरणों का व्यापक उपयोग नहीं देखा जाता है। फिर भी, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर के साथ बिजली संयंत्रों का निर्माण करना सैद्धांतिक रूप से संभव है। कुल तीन मान्य विविधताएं हैं:

1. फ्यूजन पावर प्लांट। वे एमएचडी जनरेटर के साथ न्यूट्रॉन रहित चक्र का उपयोग करते हैं। यह उच्च तापमान पर ईंधन के रूप में प्लाज्मा का उपयोग करने के लिए प्रथागत है।
2. थर्मल पावर प्लांट। एक खुले प्रकार के चक्र का उपयोग किया जाता है, और डिज़ाइन सुविधाओं के मामले में इंस्टॉलेशन स्वयं काफी सरल होते हैं। यह वह विकल्प है जिसमें अभी भी विकास की संभावनाएं हैं।
3. परमाणु ऊर्जा संयंत्र। इस मामले में काम कर रहे तरल पदार्थ एक अक्रिय गैस है। इसे परमाणु रिएक्टर में बंद चक्र में गर्म किया जाता है। इसमें विकास की संभावनाएं भी हैं। हालांकि, आवेदन की संभावना 2 हजार केल्विन से ऊपर काम कर रहे द्रव तापमान वाले परमाणु रिएक्टरों के उद्भव पर निर्भर करती है।

डिवाइस परिप्रेक्ष्य

मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर की प्रासंगिकता कई कारकों पर निर्भर करती है औरसमस्याएं अभी भी अनसुलझी हैं। एक उदाहरण ऐसे उपकरणों की क्षमता है जो केवल प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके रखरखाव के लिए पर्याप्त रूप से शक्तिशाली और इसके अलावा, किफायती इनवर्टर डिजाइन करना आवश्यक है।

एक और दृश्यमान समस्या आवश्यक सामग्रियों की कमी है जो अत्यधिक तापमान तक ईंधन के गर्म होने की स्थिति में पर्याप्त रूप से लंबे समय तक काम कर सकती हैं। यही बात ऐसे जनरेटर में इस्तेमाल होने वाले इलेक्ट्रोड पर भी लागू होती है।

अन्य उपयोग

बिजली संयंत्रों के दिल में काम करने के अलावा, ये उपकरण विशेष बिजली संयंत्रों में काम करने में सक्षम हैं, जो परमाणु ऊर्जा के लिए बहुत उपयोगी होंगे। हाइपरसोनिक एयरक्राफ्ट सिस्टम में मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर के उपयोग की भी अनुमति है, लेकिन अभी तक इस क्षेत्र में कोई प्रगति नहीं देखी गई है।