Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №6 (140) февраль 2017 г.

Дата публикации: 11.02.2017

Статья просмотрена: 31 раз

Библиографическое описание:

Семенов В. В., Сидоренко Н. С. Энергетическая установка на постоянных магнитах // Молодой ученый. — 2017. — №6. — С. 86-88. — URL https://moluch.ru/archive/140/39504/ (дата обращения: 22.04.2018).



В данной работе представлена модель энергетической установки — магнитотеплового двигателя как альтернативного источника энергии.

Ключевые слова: магнитотепловые технологии, постоянные магниты

В нашем постоянно развивающемся мире, где ресурсы ограничены, а потребности человека возрастают с каждым днем, большое значение имеют способы обеспечения человека тем, что ему необходимо для обеспечения своей жизнедеятельности. Ключевую роль в данном аспекте играет энергетика, которая является базисом практически любой деятельности современного общества и от нее зависит будущее его развития. Основой всей энергетики в настоящее время является традиционная энергетика: тепловая, ядерная и гидроэнергетика.

До недавнего времени главной проблемой всей традиционной энергетики являлись только ограниченные запасы легкодоступного топлива для воспроизводства энергии. Однако сейчас возникает еще одна глобальная проблема — изменение климата и окружающей среды из-за деятельности человека, в том числе из-за столь масштабного применения традиционной энергетики, которые грозят непредсказуемыми негативными последствиями для него же.

Эти факторы вызывают обеспокоенность общества, промышленности и экономики, в плане выбора дальнейшего пути развития энергетики в масштабах всего современного мира. В связи с этим возрастает необходимость в переходе от традиционных энергетических ресурсов к ресурсам, которые неисчерпаемы и менее вредоносны для окружающей среды — альтернативные источники энергии.

К альтернативным и наиболее перспективным источникам энергии в будущем относят следующие: солнечная энергетика, ветроэнергетика, гидроэнергетика, энергия биомассы, геотермальная энергетика, водородная энергетика, приливная энергетика и др.

Так же к направлениям альтернативной энергетики относят магнитотепловую технологию (МТТ). В основе данной технологии лежит изменение магнитных свойств рабочего тела при изменении его температуры во внешнем магнитном поле создаваемом постоянными магнитами, что приводит к возникновению результирующей силы магнитного взаимодействия. Эта сила создает механическую работу перемещения рабочих элементов. Одним из устройств в которых нашла применение МТТ является МТД.

Данная работа посвящена магнитотепловой технологии (МТТ) и основанной на ней устройстве магнитотеплового двигателя (МТД), созданного в Московском авиационном институте (НИУ).

Первые работы с описанием применения магнитотепловых явлений опубликованы более 100 лет назад. Так Никола Тесла в своем патенте [3] 1889 года предлагает простые конструкции магнитотеплового двигателя (thermo magnetic motor). Используя горелку H для нагрева ферромагнитного элемента и располагая ее между источником магнитного поля N и элементом A, Тесла устанавливал возвратно-поступательное или вращательное движение (Рис. 1). Разработки Н. Тесла в данном патенте представляют собой качественное решение использования магнитотепловых эффектов в технике с использованием железа в качестве ферромагнитного материала.

Рис. 1. Одно из конструктивных решений магнитотеплового мотора Н. Тесла патент США № 396121

Дальнейшие разработки становились конструктивно все сложней, нацеливаясь на создание двигательных установок и генераторов электрического тока.

Одним из устройств в которых нашла применение МТТ так же является созданная в МАИ(НИУ) модель магнитотеплового двигателя.

Магнитотепловой двигатель (МТД) — это двигатель предназначенный для преобразования магнитотепловой энергии в механическую, которую затем можно генерировать в электрическую.

Устройство МТД следующее (Рис. 2): он состоит из платформ 1 и 2 в которых располагается вал ротора 5 в подшипниках 8, на валу закреплен диск 3 с рабочими элементами 6 на диске, так же установлены постоянные магниты 7 образующие магнитную систему в зазоре которой расположен диск с рабочими элементами, так же имеются трубки для подачи нагревающей и охлаждающей жидкости 9 и 4.

C:\Users\Коляя\Desktop\ывм.png

Рис. 2. Устройство магнитотеплового двигателя

Принцип работы МТД следующий (Рис. 3): ферромагнитное рабочее тело 2, находящееся при температуре ниже точки Кюри Тс, по мере ввода в магнитное поле спонтанно намагничивается и на него начинает действовать сила магнитного притяжения F1 (рис. 3. а), которая движет ферромагнетик к магнитному центру системы вдоль градиента магнитной индукции (магнитный центр расположен в геометрическом центре системы).

Рис. 3. Принцип работы МТД

В центре системы на него так же начинает действовать сила F2 уравновешивающая F1 и не позволяющая ферромагнитному телу покинуть зазор и продолжить движение. Для компенсации тормозящей силы F2, не позволяющей рабочему телу покинуть межполюсной зазор 3, производится тепловое воздействие на рабочее тело. В результате чего ферромагнитное тело переходит в парамагнитное состояние и изменяется его намагниченность. Изменение намагниченности тела приводит к нарушению равенства сил F1 и F2 и рабочее тело приобретает однонаправленное движение, покидая магнитное поле. Особенно сильно этот эффект проявляется в точке Кюри Тс, в окрестностях магнитного фазового перехода магнетика из ферромагнитного в парамагнитное состояние.

Магнитотепловой двигатель в зависимости от требуемой мощности и применения, может быть выполнен с различными конструктивными особенностями, например, иметь несколько магнитных систем на одном диске и несколько дисков на одном валу, что конечно же будет увеличивать его мощность, а следовательно, и коэффициент полезного действия. Так же может быть различной форма магнитов в магнитной системе и форма лопаток, что тоже влияет на работу двигателя.

Данный двигатель может найти практическое применение в энергетике, космонавтике и авиации в качестве альтернативного экологически чистого источника энергии или привода для механизмов.

Литература:

  1. Снигирев А. Энергетика будущего: пособие / Экологический правозащитный центр «Bellona». СПб: Изд-во ООО «ПЦ Синтез», 2008. — 36 с.
  2. Tesla N. Thermomagnetic motor // Патент США № US 396121, 15.01.1889.
  3. Brown G. V. Magnetic heat pumping near room temperature, J. Appl. Phys 1976; 47:3673–3680.
  4. Pecharsky V. K., Gschneidner K. A., Giant Magnetocaloric Effect in Gd5(Si2Ge2), Phys. Rev.Lett.1997; 78(23): 4494–4497.
Основные термины (генерируются автоматически): магнитотеплового двигателя, Принцип работы МТД, рабочее тело, применение МТТ, Устройство МТД следующее, работы МТД следующий, источника энергии, Магнитотепловой двигатель, традиционной энергетики, Устройство магнитотеплового двигателя, Кюри Тс, магнитное поле, устройстве магнитотеплового двигателя, модель магнитотеплового двигателя, рабочими элементами, конструкции магнитотеплового двигателя, парамагнитное состояние, альтернативного источника энергии, нагрева ферромагнитного элемента, сила магнитного притяжения.

Ключевые слова

постоянные магниты, магнитотепловые технологии

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос