Основы физики плазмы - Кролл Н.
Скачать (прямая ссылка):
Хотя обычные газы (воздух, CO2 и т. д.) не ионизуются вплоть до достижения очень высоких температур, добавление небольшого количества легко-ионизующегося затравочного вещества обеспечивает достаточную проводимость жидкости. В типичных условиях в качестве добавки применяются
пары щелочных металлов в количестве от 0,1 до 1,1 %.
д
J?/////UЛ у\Л///У/АЛ'
&3 LzztP'
Фиг. 129.
Схемы некоторых конфигурации МГД-генераторон [7].
а — простой фаралеевский генератор; б — фарадеев-ский генератор с секционированными электродами; в — фарадеевский генератор с диагональной схемой; е — линейный холловский генератор; д — дисковый холловский генератор.
Фиг. 130. Проводимость и сот аргона с примесью до 1% паров калия [8].
Сечение, усредненное по максвелловскому распределению, принимает значение 6-Ю-17 см2 для аргона и 3 • 10—14 см2 для нейтральных паров калия. Давление газа в атмосферах обозначено р/р0, а (от =
= WB (р/ро).
Фиг. 131. Приблизительные размеры МГД-генераторов мощностью 100 МВт в зависимости от проводимости газа и величины магнитного поля [8].
Заштрихованные области указывают приближенно требуемые значения температуры газа.
276
ГЛАВА 6
12.2. Тепловой режим
На фиг. 130 приведены кривые проводимости аргона с примесью 1 % паров калия. Эта смесь имеет вполне подходящую проводимость при температуре 2000 К. Проводимость определяет размеры генератора, необходимые для достижения заданного уровня мощности. На фиг. 131 приведены размеры генератора мощностью 100 МВт при различных значениях магнитного поля и температуры. Вследствие того что размеры машины убывают с ростом магнитного поля, условие (6.12.4) диктует выбор режима работы данного плазменного устройства в области малых магнитных чисел Рейнольдса
<С 1 (6.12.5)
в отличие от условий, обычных для термоядерных приложений. Неравенство
(6.12.5) означает, что многие коллективные аспекты поведения плазмы, в частности плазменные волны и неустойчивости, играют менее значительную роль в рассматриваемом приложении физики плазмы *).
12.3. Пример эксперимента
Для проверки вышеупомянутых идей был выполнен один из ранних экспериментов [8]. Этот эксперимент был направлен на моделирование крупномасштабного МГД-генератора в том смысле, что потеря давления в рабочем теле обеспечивалась на уровне примерно половины давления торможения. Схема эксперимента приведена на фиг. 132. В качестве рабочего тела используется смесь аргона с углекислым калием, которая нагревается до температуры 3000 К. Величина магнитного поля равна 14 кГс. Проводимость газа изменяется между 100 и 400 См/м в зависимости от концентрации примеси.
На фиг. 133 показан канал генератора размером 2,5 X 7,5 см. Результаты эксперимента воспроизведены в виде графиков на фиг. 134. Интегрируя
Фиг. 132. Схематическое представление экспериментального МГД-генератора [8].
1J Правда, в таких условиях возникает ряд специфических неустойчивостей, например, связанных с неоднородной ионизацией [16*].— Прим. ред.
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ПЛАЗМЕ
277
Фиг. 133. Конфигурация электродов экспериментального МГД-генератора и схема их
подключения [8].
Сечение канала 2,5 х 7,5 см; электроды диаметром 0,16 см расположены попарно на расстоянии ~1,2 см друг от друга в два ряда Показана только одна секция электродов, а всего их в генераторе 20. Тонкая стрелка указывает направление, в котором поток газа закручивается в камере дугового разряда.
[J X ВVc по длине установки, можно предсказать следующее падение давления:
Ap = 0,8-IO-2/ psi = 5,5-IO-2/ кПа,
где ток I измеряется в амперах. При значении тока I = 500 А это падение давления составляет существенную долю давления газа на входе.
Для проверки вредного влияния токов Холла на рабочие характеристики МГД-генератора создавалась область, в которой напряжение Холла эффективно замыкалось накоротко путем соединения одного из электродов, находящегося вблизи входа, с одним из электродов, расположенным в середине канала, с помощью ключа, который можно было замыкать или размы-
Фиг. 134. Зависимость давления перед рабочим каналом р, выходного напряжения U и выходной мощности W от полного снимаемого тока / [8].
Давление измерялось в psi (фунтах на кв. дюйм); в СИ I psi в 6,894 кПа. В точке А магнитное поле
включено, в точке Б — выключено.
278
ГЛАВА 6
Время
Фиг. 135. Влияние искусственного замыкания тока Холла в первой половипе рабочего канала на напряжение Холла U и плотность тока I [8].
Данные, обозначенные отдельными точками, сняты с показаний щитовых приборов, фотографируемых со скоростью 10 кадров в секунду; они отражают колебания стрелок этих приборов. Сплошная и штриховая кривые соответствуют осциллограммам.
кать во время запуска. На фиг. 135 представлены результаты такого эксперимента. Из графиков хорошо видно влияние токов Холла в случае, когда они могут течь.
Описанный эксперимент подтверждает правильность магнитогидродинамической теории, на основе которой разработан МГД-генератор. С тех пор были построены большие и практически используемые генераторы, основанные на этих принципах [9, 17*].
