محول مغناطيسي هيدروديناميكي

محول المغناطيسية الهيدروديناميكية ( محول MHD ) هو آلة كهرومغناطيسية لا تحتوي على أجزاء متحركة، وتعتمد على المغناطيسية الهيدروديناميكية، وهي دراسة حركية الموائع الموصلة للكهرباء ( سائلة أو غازية متأينة ) في وجود مجالات كهرومغناطيسية . تعمل هذه المحولات على المائع باستخدام قوة لورنتز ، وتعمل بطريقتين محتملتين: إما كمولد كهربائي يُسمى مولد MHD ، يستخلص الطاقة من المائع المتحرك؛ أو كمحرك كهربائي يُسمى مُسرِّع MHD أو محرك مغناطيسي هيدروديناميكي ، يُحرِّك المائع عن طريق حقن الطاقة. محولات MHD قابلة للعكس، مثل العديد من الأجهزة الكهرومغناطيسية. ^{[ 1 ]}

أجرى مايكل فاراداي أول محاولة لاختبار محول مغناطيسي هيدروديناميكي (MHD) عام 1832. وشهدت محولات MHD التي تستخدم البلازما دراسات مكثفة في الستينيات والسبعينيات، بدعم حكومي كبير ومؤتمرات دولية متخصصة . ومن أبرز التطبيقات النظرية استخدام محولات MHD على غازات العادم الساخنة في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم ، حيث يمكن استخلاص جزء من الطاقة بكفاءة عالية جدًا، ثم تمريرها إلى توربين بخاري تقليدي . وكادت الأبحاث أن تتوقف بعد أن تبين أن عدم الاستقرار الكهروحراري سيحد بشدة من كفاءة هذه المحولات عند استخدام مجالات مغناطيسية شديدة، ^{[ 2 ]} على الرغم من وجود حلول محتملة. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

مولد الطاقة المغناطيسي الهيدروديناميكي هو محول طاقة مغناطيسي هيدروديناميكي يحول الطاقة الحركية لسائل موصل للكهرباء، يتحرك بالنسبة لحقل مغناطيسي ثابت، إلى كهرباء . وقد تم اختبار توليد الطاقة المغناطيسي الهيدروديناميكي على نطاق واسع في الستينيات باستخدام المعادن السائلة والبلازما كسوائل عاملة. ^{[ 7 ]}

باختصار، يندفع البلازما بسرعة فائقة داخل قناة مُزودة جدرانها بأقطاب كهربائية. تُولّد المغناطيسات الكهربائية مجالًا مغناطيسيًا عرضيًا منتظمًا داخل تجويف القناة. ثم تؤثر قوة لورنتز على مسار الإلكترونات والأيونات الموجبة الداخلة، فتفصل حاملات الشحنة المتعاكسة وفقًا لإشاراتها. ومع فصل الشحنات السالبة والموجبة مكانيًا داخل الحجرة، يُمكن استخلاص فرق جهد كهربائي عبر الأقطاب. وبينما يُستخلص شغل من الطاقة الحركية للبلازما عالية السرعة الداخلة، يتباطأ السائل خلال هذه العملية.

المسرّع المغناطيسي الهيدروديناميكي هو محوّل مغناطيسي هيدروديناميكي يُحرك سائلاً موصلاً كهربائياً ساكناً في البداية، باستخدام تيار كهربائي ومجال مغناطيسي متقاطعين مُطبقين داخل السائل. وقد تم اختبار الدفع المغناطيسي الهيدروديناميكي في الغالب باستخدام نماذج من السفن والغواصات في مياه البحر . ^{[ 8 ] [ 9 ]} كما تُجرى دراسات منذ أوائل الستينيات حول تطبيقات الدفع المغناطيسي الهيدروديناميكي في مجال الطيران والفضاء، وتحديداً في دفع الطائرات والتحكم في التدفق لتمكين الطيران فائق السرعة : التأثير على الطبقة الحدية لمنع تحول التدفق الصفائحي إلى تدفق مضطرب، وتخفيف أو إلغاء الموجات الصدمية للتحكم الحراري وتقليل مقاومة الموجة ومقاومة الشكل، والتحكم في تدفق المدخل وتقليل سرعة تدفق الهواء باستخدام قسم مولد مغناطيسي هيدروديناميكي أمام محرك نفاث فرطي السرعة أو محرك نفاث توربيني لتمديد نطاقاتهما عند أرقام ماخ أعلى، بالإضافة إلى مسرّع مغناطيسي هيدروديناميكي في فوهة العادم يُغذى بواسطة المولد المغناطيسي الهيدروديناميكي عبر نظام جانبي. كما تُجرى أبحاث على تصاميم مختلفة للدفع بالبلازما الكهرومغناطيسية لاستكشاف الفضاء . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

في مُسرِّع MHD، تعمل قوة لورنتز على تسريع جميع حاملات الشحنة في نفس الاتجاه بغض النظر عن إشارتها، بالإضافة إلى الذرات والجزيئات المتعادلة للسائل من خلال التصادمات. يُقذف السائل نحو الخلف، وكرد فعل، تتسارع المركبة إلى الأمام.

• البلازما (الفيزياء)
• قوة لورنتز
• عدم الاستقرار الكهروحراري
• مركبة جوية كهرومغناطيسية بدون أجنحة

• ساتون، جورج دبليو؛ شيرمان، آرثر (يوليو 2006). الديناميكا المغناطيسية المائية الهندسية . دوفر للهندسة المدنية والميكانيكية. منشورات دوفر. ISBN 978-0486450322.
• واير، توم؛ شاتروف، فيكتور؛ جيربيث، غونتر (2007). "التحكم في التدفق والدفع في الموصلات الضعيفة". في: مولوكوف، سيرجي س.؛ مورو، ر.؛ موفات، هـ. كيث (محررون). الديناميكا المغناطيسية المائية: التطور التاريخي والاتجاهات . سبرينغر ساينس + بيزنس ميديا. ص 295-312 . doi : 10.1007/978-1-4020-4833-3 . ISBN  978-1-4020-4832-6.