Nguyên lý hoạt động chung của máy phát từ thủy động lực

2.1. Máy phát từ thủy động lực

2.1.1.1. Nguyên lý hoạt động chung của máy phát từ thủy động lực

Máy phát điện từ thủy động lực (hay máy phát MHD) là hệ thống chuyển nhiệt năng hay động năng trực tiếp thành điện năng, dựa trên các nguyên lý từ thủy động học. Chúng thường có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao và khơng cần có các chi tiết phải bơi trơn. Khí thải của các hệ thống như vậy thường là các plasma nóng (như lửa), có thể tái sử dụng để cung cấp nhiệt cho hệ thống nhiệt điện truyền thống (như máy phát điện hơi nước).

Trong các máy phát điện MHD, chuyển động của dòng chất lỏng dẫn điện hoặc plasma được sử dụng để tạo ra dòng điện. Máy phát điện MHD hoạt động theo định luật Lorentz:

Hình 2.1: Lực Lorentz [4]

Từ trường tác động lực Lorentz lên mọi điện tử chuyển động [4]:

) .(v B q F   (2.1) Trong đó:  F là lực tác động,

 q là điện tử của hạt mang điện chuyển động,

 v là vận tốc của hạt,

 × là phép nhân có hướng véctơ,

Luận văn tốt nghiệp

Theo quy tắc nhân có hướng các véctơ, F vng góc với cả v và B, và tuân theo quy tắc bàn tay phải. Lực này sẽ dẫn hướng các điện tử chuyển động trong lưu chất dẫn điện đến các điện cực đặt ở vị trí thích hợp trong dịng chảy nằm trong từ trường; và các điện cực sẽ cung cấp điện năng cho phụ tải. Một máy phát điện MHD hoạt động theo nguyên lý cơ bản: Định luật Faraday và quy tắc bàn tay phải.

Hình 2.2: Nguyên lý của máy phát MHD [4]

Các máy phát điện này thường hoạt động theo chu trình Brayton, và có hiệu suất tương đương với chu trình Carnot trong điều kiện lý tưởng. Hiệu suất này phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh, và các máy phát từ thủy động lực có thể hoạt động ở nhiệt độ nguồn nóng rất cao [4].

Hình 2.3: So sánh hoạt động máy phát điện từ thủy động lực học (B)

Luận văn tốt nghiệp

Đối với một nhà máy điện quy mô lớn để hoạt động hiệu quả cần chú ý tăng tính dẫn điện của chất dẫn điện. Nhiệt độ của một chất khí để trạng thái plasma của nó hoặc việc bổ sung các chất dễ dàng ion hóa khác như các muối của các kim loại kiềm có thể thực hiện sự gia tăng này. Trong thực tế, một số vấn đề phải được xem xét trong việc thực hiện một máy phát từ thủy động lực học: máy phát điện hiệu quả, kinh tế, và các sản phẩm phụ không độc hại. Những vấn đề này đều bị ảnh hưởng bởi sự lựa chọn của một trong bốn thiết kế máy phát điện: máy phát điện Faraday, máy phát điện Hall, máy phát điện cực chéo và các máy phát đĩa.

Các phương trình cơ bản của máy phát MHD: Phương trình động lực học: 0 du dp u JB dx dx            (2.2)

Phương trình năng lượng:

2 1 0 2 d u h u JE dx        (2.3) Phương trình tính liên tục: . uA m   constant (2.4)

Mật độ dòng được đưa ra bởi định luật Ohm khi áp dụng cho một máy phát MHD:

( )

J   E uB (2.5)