Магнітогідродинамічний генератор, МГД-генератор, енергетична установка, в якій енергія робочого тіла (рідкого або газоподібного електропровідного середовища), рухомого в магнітному полі, перетвориться безпосередньо в електричну енергію. Назва «М-код. г.» пов'язане з тим, що рух таких середовищ описується магнітною гідродинамікою . Пряме (безпосереднє) перетворення енергії складає головну особливість М. р., що відрізняє його від генераторів електромашинних . Так само, як і в останніх, процес генерування електричного струму в М. Г заснований на явищі індукції електромагнітної, тобто на виникненні струму в провіднику, що пересікає силові лінії магнітного поля; відмінність М. р. в тому, що в нім провідником є само робоче тіло, в якому при русі впоперек магнітного поля виникають протилежно направлені потоки носіїв зарядів протилежних знаків. Робочими тілами М. р. можуть служити електроліти, рідкі метали і іонізованниє гази (плазма ). В типовому для М. р. випадку, коли робітником тілом служить газоподібний провідник — плазма, носіями зарядів є в основному вільні електрони і позитивні іони, що відхиляються в магнітному полі від траєкторії, по якій газ рухався б у відсутність поля. У сильних магнітних полях або розрідженому газі заряджені частки встигають між зіткненнями зміститися (у плоскості, перпендикулярній магнітному полю); такий направлений зсув заряджених часток в М. р. приводить до того, що з'являється додаткове електричне поле, так зване поле Холу (див. Холу ефект ) , направлене паралельно потоку газу. Термін. «М-код. г.», що спочатку позначав пристрої, в яких робочим тілом була електропровідна рідина, надалі став застосовуватися також для позначення всіх пристроїв подібного типа, у тому числі що використовують як робоче тіло електропровідний газ.(газета)
Ідея можливої заміни твердого провідника рідким була висунута англійським фізиком М. Фарадєєм. Проте його спроба експериментально підтвердити цю ідею в 1832 закінчилася невдачею, і лише в 1851 англійський учений Волластон практично підтвердило припущення М. Фарадея, вимірявши едс(електрорушійна сила), індуковану приливними течіями в Ла-манші. Відсутність необхідних знань по еоектрофізичних властивостях газоподібних і рідких тіл довго гальмувало роботи по практичному використанню ідеї Фарадея. Надалі дослідження розвивалися по двох основних напрямах: використання ефекту індукції едс(електрорушійна сила) для виміру швидкості рухомого середовища (наприклад, в електромагнітних витратомірах) і генерування електричної енергії. Перші патенти по використанню методу МГД-перетворення енергії були видані в 1907—10, способи, що проте згадуються в них, і засоби як іонізації, так і набуття необхідних еоектрофізичних властивостей робочого тіла було неприйнятне. Практична реалізація МГД-перетворення енергії виявилася можливою лише в кінці 50-х років, після розробки теорії магнітної гідродинаміки і фізики плазми і досліджень в області фізики високих температур, завдяки головним чином успіхам ракетної техніки і створенню до цього часу жароміцних матеріалів.
Перший експериментальний М. р. потужністю 11,5 квт, в якому здійснювалася досить сильна взаємодія між іонізованим газом і магнітним полем, був побудований в 1959 в США. Джерелом робочого тіла — плазми з температурою 3000 K — служив плазмотрон, що працював на аргоні з присадкою лужного металу для підвищення міри іонізації газу. На цьому М. р. був продемонстрований ефект Холу. У 1960 в США був побудований лабораторний М. р. на продуктах згорання з присадкою лужного металу. До середини 60-х років потужність М. г, на продуктах згорання удалося довести по 32 Мвт («Марк-v», США).
В СРСР зусилля фахівців були направлені головним чином на створення комплексних енергетичних установок с М. р. У 1962—65 були проведені теоретичні і експериментальні дослідження, створені лабораторні установки. Результати досліджень і накопичений інженерний досвід дозволили в 1965 ввести в дію комплексну модельну енергетичну установку «У-02», що включала основні елементи ТЕС(теплоелектростанція) з М. р. і працювала на природному паливі. На «У-02» були отримані експериментальні дані, що істотно розширили уявлення про можливості практичного використання МГД-установок. Декілька пізніше було почато проектування дослідно-промислової МГД-установки «У-25», яке проводилося одночасно з дослідницькими роботами на «У-02». Успішний пуск першої в СРСР дослідно-промислової енергетичної установки с М. р., що має розрахункову потужність 20—25 Мвт , відбувся в 1971.
М. р. складається з каналу, по якому рухається робоче тіло (зазвичай плазма), електромагнітної системи для створення магнітного поля і пристроїв для відведення електроенергії (електродів) з включеним навантаженням ( мал. 1 ).
Системи с М. р. можуть працювати по відкритому і замкнутому циклах. У першому випадку продукти згорання є робочим тілом, а використані гази після видалення з них присадки лужних металів (що вводиться в робоче тіло для збільшення електропровідності) викидаються в атмосферу. У М. р. замкнутого циклу теплова енергія, отримана при спалюванні палива, передається в теплообміннику робочому тілу, яке потім, пройдя М. р., повертається, замикаючи цикл, через компресор або насос. Джерелами тепла можуть служити реактивні двигуни ядерні реактори, теплообмінні пристрої. Робочим тілом в М. р. можуть бути продукти згорання викопних палив і інертні гази з присадками лужних металів (або їх солей); пари лужних металів; двофазні суміші пари і рідких лужних металів; рідкі метали і електроліти. Але якщо рідкі метали і електроліти є природними провідниками, то для того, щоб газ став електропровідним, його необхідне іонізовать до певної міри, що здійснюється головним образом нагріванням до температур, достатніх для початку термічної іонізації (більшість газів іонізуєтся лише при температурі близько 10000 До). Необхідна міра іонізації при менших температурах досягається збагаченням газу парами лужних металів; при введенні в продукти згорання лужних металів (наприклад, До, Cs, Na) або їх солей гази стають провідниками вже при 2200—2700 До.
В М. р. з рідким робочим тілом генерування електроенергії йде лише за рахунок перетворення частини кінетичної або потенційної енергії потоку електропровідної рідини практично при постійній температурі. У М. р. з газовим робочим тілом принципово можливі три режими: із збереженням температури і зменшенням кінетичної енергії; із збереженням кінетичної енергії і зменшенням температури; із зниженням і температури і кінетичної енергії.
За способом відведення електроенергії М. р. розділяють на кондукційних і індукційних. У кондукційних М і л і г р а м а х. у робочому телі, що протікає через поперечне магнітне поле, виникає електричний струм, який через знімні електроди, вмонтовані в бічні стінки каналу, замикається на зовнішній ланцюг. Залежно від зміни магнітного поля або швидкості руху робочого тіла такий М. р. може генерувати постійний, як правило, або пульсуючий струм. У індукційних М. р. (по аналогії із звичайними електромашинними генераторами) електроди відсутні. Такі установки генерують лише змінний струм і вимагають створення каналу магнітного поля, що біжить уподовж. Можливі різні форми каналів: лінійна — загальна для кондукційних і індукційних М. г.; дискова і коаксіальна холловськая — в кондукційних; радіальна — в індукційних М. р. По системах з'єднань електродів розрізняють: фарадєєвський генератор з суцільними або секціонованими електродами ( мал. 2 , а), холловський генератор ( мал. 2 , би) , в якому розташовані один проти одного електроди короткозамкнуті, а напруга знімається уздовж каналу за рахунок наявності поля Холу, і серієсний генератор з діагональним з'єднанням електродів ( мал. 2 , в) . Секціонування електродів у фарадєєвськом М. р. робиться для того, щоб зменшити циркуляцію струму уздовж каналу і через електроди (ефект Холу) і тим самим направити носії зарядів перпендикулярно осі каналу на електроди і в навантаження; чим значніше ефект Холу, тим на більше число секцій необхідно розділити електроди, причому кожна пара електродів повинна мати своє навантаження, що вельми ускладнює конструкцію установки. Вживання схеми холловського М. р. найвигідніше при великих магнітних полях. За рахунок наявності подовжнього електричного поля в холловськом і М. р. з діагональним з'єднанням електродів можна отримати значна напруга на виході генератора. Найбільшого поширення в 70-х роках набули кондукційні лінійні М. р. на продуктах згорання викопних палив з присадками лужних металів, що працюють по відкритому циклу.
Потужність М. р. пропорційна провідності робочого тіла, квадрату його швидкості і квадрату напруженості магнітного поля. Для газоподібного робочого тіла в діапазоні температур 2000—3000 До провідність пропорційна температурі в 11—13-ій мірі і назад пропорційна Корню квадратному з тиску. Швидкості потоку в М. р. можуть бути в широкому діапазоні — від дозвукових до надзвукових. Індукція магнітного поля визначається конструкцією магнітів і обмежується значеннями близько 2 тл для магнітів із сталлю і до 6—8 тл для надпровідних магнітних систем.
Основна перевага М. р. — відсутність в нім рухомих вузлів або деталей, що безпосередньо беруть участь в перетворенні теплової енергії в електричну. Це дозволяє істотно збільшити початкову температуру робочого тіла і, отже, ккд(коефіцієнт корисної дії) електростанції. Якщо після М. р. поставити звичайний турбоагрегат, то загальний максимальний ккд(коефіцієнт корисної дії) такої енергетичної установки досягне 50—60%.
Відмітною особливістю М. р. є також можливість здобуття великих потужностей в одному агрегаті — 500—1000 Мвт і поєднання їх з паросиловими блоками такої ж потужності. Існують три основні напрями можливого промислового вживання М. г.: 1) ТЕС(теплоелектростанція) з М. р. ( мал. 3 ) на продуктах згорання палива (відкритий цикл); ці установки найбільш прості за своїм принципом і мають найближчу перспективу промислового вживання; 2) атомні електростанції с М. р. на інертному газі, що нагрівається в ядерному реакторі (закритий цикл); перспективність цього напряму залежить від розвитку ядерних реакторів з температурою робочого тіла понад 2000 K; 3) цикли с М. р. на рідкому металі, які вельми перспективні для атомної енергетики і для спеціальних енергетичних установок порівняно невеликій потужності, що проте існують на 1972 опрацювання цих циклів не дозволяють судити ясно про їх використання в промисловій енергетиці.
Створена в СРСР дослідно-промислова установка «У-25» — прототип ТЕС(теплоелектростанція) з М. р. Вона працює на продуктах згорання природного газу з добавкою K 2 Co 3 як присадка, що іонізується, дозволяє при відносно невисоких температурах (біля 3000 До) зробити продукти згорання електропровідними. «У-25» має два контури: первинний, розімкнений, в якому перетворення тепла продуктів згорання в електричну енергію відбувається в М. р., і вторинний, замкнутий — паросиловий контур, що використовує тепло продуктів згорання поза каналом М. р.
Установка працює за наступною тепловою схемою. Атмосферне повітря, збагачене киснем, стискується в компресорі і подається в воздухоподогревателі, звідки киснева для повітря суміш, нагріта до потрібної температури, прямує в камеру згорання. Перед камерою згорання в повітряний потік упорскує водний розчин легкоїонізірующейся присадки. Іонізовані продукти згорання розганяються в соплі і поступають в канал М. р. Канал М. р. розміщений в робочому зазорі магнітної системи з індукцією 2 тл. З каналу М. р. продукти згорання поступають в парогенератор і віддають своє тепло паросиловому циклу, потім при температурі 420—450 K вони прямують в систему видалення присадки і після очищення викидаються в атмосферу. Електричне устаткування «У-25» складається з М. р. і інверторной установки, зібраної на ртутних ігнітронах. Стійкість спільної роботи М. р. і багатоелементної інверторной установки забезпечується системою автоматичного регулювання. «У-25» забезпечена телеметричною системою управління і контролю. Отримані експериментальні дані обробляються ЕОМ(електронна обчислювальна машина).
Енергетичні установки с М. р. можуть застосовуватися також як резервні або аварійні джерела енергії в енергосистемах, для космічної техніки (бортові системи живлення), як джерела живлення різних пристроїв, що вимагають великих потужностей на короткі проміжки часу (наприклад, для живлення електропідігрівачів аеродинамічних труб і т.п.).
На початок 70-х років роботи з проблеми МГД-методу перетворення енергії вийшли за рамки наукового пошуку і створення невеликих лабораторних дослідницьких установок і вступили в стадію будівництва дослідно-промислових електростанцій. Накопичений обширний фактичний матеріал за результатами науково-дослідних і проектно-конструкторських робіт в області М. р. Для обміну інформацією, аналізу стану і оцінки перспектив розвитку М. р. було проведено декілька міжнародних симпозіумів і національних конференцій; у 1966 була заснована Міжнародна група зв'язку по питаннях МГД-методу перетворення енергії, куди увійшли представники Австралії, Австрії, Англії, Бельгії, Італії, Нідерландів, ПНР(Польська Народна Республіка), СРСР, США, Франції, ФРН(Федеральна Республіка Німеччини), ЧССР(Чехословацька Соціалістична Республіка), Швейцарії і Швеції.
Літ.: Фаворський О. Н., Установки для безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну, М., 1965; Роза Р., Магнітогідродинамічне перетворення енергії, переклад з англійського, М., 1970; Магнітогідродинамічний метод здобуття електроенергії. [Сб. ст.], М., 1971.
