Нерастворимые электроды для морской воды

[OfK]

Гуру, подскажите плииз!

Задумал сделать небольшую модель лодки с МГД-двигателем. Принцип, если кратко: в солёной (морской) воде помещены два электрода. Рядом с ними мощный магнит. При подаче на электроды постоянного напряжения морская вода между электродами начинает двигаться (из-за силы Лоренца) - лодка начинает плыть.

Всё хорошо, но никак не могу подобрать материалы для электродов. Нужно что бы:

- при подаче тока не растворялись в морской воде

- были доступны и относительно недороги

- технологичны (что бы можно было сделать тонкую полоску, лист или прямоугольный пруток)

- не теряли со временем проводимость.

- не магнитны!!

Думал купить титановый лист - прочитал что со временем он пассивируется и поверхность теряет электропроводимость. Нержавейка, хоть и не сильно, но магнитопроводна (изменится картина магнитного поля). Плюс, прочитал что и она в морской воде (да ещё и с электричеством) будет корродировать. Может, графит? Может быть пара из разных материалов?

Лодку буду запускать на открытом воздухе - по этому что там при электролизе будет выделяться из морской воды не сильно волнует.

Подскажите! :-)

Изменено 2 Марта, 2015 в 07:27 пользователем OfK

[ssch]

Google на запрос "мгд-движитель" дал 2260 ссылок, первая - учебное пособие по судовым МГД-движителям, Владивосток, 2000 г. Там есть и про материал электродов и безэлектродные системы и прочее.

[Электрофил]

Чтобы не расходовать энергию на электролиз, рационально делать подобный двигатель на переменном токе. Магнит разумеется тоже переменный.

[ZaecЪ]

Проблема таких двигателей в том, что если вы повышаете напряжение на обкладках до таких потенциалов, когда начинает идти электролиз (и нужно думать про некорродирующие материалы) - КПД резко падает. Так как вы тратите энергию на сам электролиз, а не на движение. Кроме того, выделяющиеся пузырьки газов экранируют поверхность электродов и ещё больше снижают КПД. То что забавно в игрушках, не подходит для больших судов.

 

Японцы при постройке таких судов пошли по пути повышения напряжения магнитного поля, применив сверхпроводники (суда Ямато и Ямато 2).

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetohydrodynamic_drive

http://en.wikipedia.org/wiki/Yamato_1

http://books.google.com.ua/books?id=ngEAAAAAMBAJ&printsec=frontcover&source=gbs_summary_r&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

http://books.google.com.ua/books?id=J-QDAAAAMBAJ&printsec=frontcover&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

 

пока что ни один из известных способов движения в воде не превзошел простого винта

http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/techn/tec2648.htm

[Электрофил]

Внезапно идейка появилась, как совместить переменный ток и постоянное магнитное поле. Пусть воду расталкивает в обе стороны попеременно- если подобрать нужный период(частоту) и нужное ускорение воды, можно приспособить, как в центробежном насосе- там турбина тоже воду разбрасывает вокруг, упорядочить движение корпусом ничто не мешает. Или клапанами.

Изменено 2 Марта, 2015 в 11:54 пользователем Электрофил

[OfK]

Чтобы не расходовать энергию на электролиз, рационально делать подобный двигатель на переменном токе. Магнит разумеется тоже переменный.

Теоретически, да... Но, электромагнит, который даст такое же магнитное поле как и небольшой постоянный неодимовый магнитик, будет весьма велик в размерах, весе и электропотреблении. В идеале вообще нужен электромагнит на сверхпроводниках. Что, практически нереально... А так, да, это решение + титановые электроды закрыли бы вопрос.

 

Google на запрос "мгд-движитель" дал 2260 ссылок, первая - учебное пособие по судовым МГД-движителям, Владивосток, 2000 г. Там есть и про материал электродов и безэлектродные системы и прочее.

Знаю такую книгу. Но, в ней указан всего один материал для электродов - диоксид циркония. В инете так и не нашёл в каком виде этот материал электропроводен. Но, керамические ножи сделанные из диоксидциркониевой керамики абсолютно не электропроводны.

 

Внезапно идейка появилась, как совместить переменный ток и постоянное магнитное поле. Пусть воду расталкивает в обе стороны попеременно- если подобрать нужный период(частоту) и нужное ускорение воды, можно приспособить, как в центробежном насосе- там турбина тоже воду разбрасывает вокруг, упорядочить движение корпусом ничто не мешает. Или клапанами.

Кстати, да, идея - менять полярность с частотой 0,2 Гц и менее (что бы поток успевал установиться), а переменное движение воды коммутировать простыми клапанами. Гуру, подскажите, в таком переменном режиме титановые электроды получается, будут переменно пассивироваться и депассивироваться, и общая проводимость будет меняться не сильно? Просто я в этих вопросах практически ноль... :-(

 

Проблема таких двигателей в том, что если вы повышаете напряжение на обкладках до таких потенциалов, когда начинает идти электролиз (и нужно думать про некорродирующие материалы) - КПД резко падает. Так как вы тратите энергию на сам электролиз, а не на движение. Кроме того, выделяющиеся пузырьки газов экранируют поверхность электродов и ещё больше снижают КПД. То что забавно в игрушках, не подходит для больших судов.

 

Японцы при постройке таких судов пошли по пути повышения напряжения магнитного поля, применив сверхпроводники (суда Ямато и Ямато 2).

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetohydrodynamic_drive

http://en.wikipedia.org/wiki/Yamato_1

http://books.google.com.ua/books?id=ngEAAAAAMBAJ&printsec=frontcover&source=gbs_summary_r&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

http://books.google.com.ua/books?id=J-QDAAAAMBAJ&printsec=frontcover&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

 

пока что ни один из известных способов движения в воде не превзошел простого винта

http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/techn/tec2648.htm

Поправьте меня если ошибаюсь...

Если  я правильно понял, то при напряжении на электродах ниже примерно 1-1,2 вольта электролиза воды и основных солей вообще не будет? И тогда электроды из нержавейки или графита вообще не будут растворяться? А сила тока на этот процесс не может влиять? Если так - то это реальный путь :-) Сила Ампера зависит только от силы тока и напряжённости магнитного поля. Соответственно, ставя мощные неодимовые магниты и увеличивая силу тока (но не увеличивая напряжение), думаю можно решить вопрос :-)

P.S. А я и думаю сделать всего лишь небольшую игрушку-модель, показывающую общий принцип МГД-двигателей. Про большой корабль даже и не думал

Изменено 3 Марта, 2015 в 04:59 пользователем OfK

[tvv385]

Боюсь что только переходить на переменный ток(магнит тоже должен давать синхронно по фазе и частоте поле с током) - любое протекание пост. тока вызовет какие-то реакции(вопрос тока в том реакции с материалом электрода или дрянь останеться в воде), это неизбежно...

 

Вентильные металлы(титан, алюминий, тантал) тоже будут работать только не переменном токе - на постоянном они пассивируются(этой-же самой электрохимической реакций, которая в этом случае образует оксид) и вообще перестают проводить ток...

 

 

PS

То есть ток передается в обход электрохимических реакций всегда через емкость - не важно это емкость слоя оксида,

либо емкость самого электролита(слой Гуи) - кстати емкость этого дв. электрического слоя обычно больше оксидов,

так что проще не заморачиваться, делать электроды из чего попало, но на переменном токе...

 

PPS  

А почему боитесь переменного тока?   IMHO это даже проще будет - нынче же полно мощных дешевых транзисторов(мощные

полевики можно с дохлых MB наковырять) - все равно же нужен будет преобразователь, а они всегда делаются

на основе переменного или пульсирующего тока, так что даже выпрямлять не надо, кстати и трансформатор может быть 2-в-1

и источником переменного маг. поля для двигателя и трансформатором для преобразования питания...

(можно даже сделать автогенератор который работает на основе насыщения трансформатора - и проще и будет автоматически

всегда работать на максимальном поле которое может дать трансформатор на границе насыщения магнитопровода)

Внезапно идейка появилась, как совместить переменный ток и постоянное магнитное поле. Пусть воду расталкивает в обе стороны попеременно- если подобрать нужный период(частоту) и нужное ускорение воды, можно приспособить, как в центробежном насосе- там турбина тоже воду разбрасывает вокруг, упорядочить движение корпусом ничто не мешает. Или клапанами.

 

угу, можно над этим подумать (хотя смысла не много - железо дает 1.5 Тл против 0.8-1 Тл неодимового магнита) - по сути вы так получите переменную тягу(пульсации), которые надо как-то "выпрямить" механически...

 

В принципе теоретически какой-то механический "выпрямитель" наверно можно придумать - аналог синхронного выпрямителя в электронике например(правда это уже потребует каких-то движущихся деталей), или как в волновом двигателе...

(в последнем случае МГД не единственный и не лучший способ получить вибрации - можно использовать электромагнит или даже отбойный молоток как источник вибраций)

 

Vladimir

[OfK]

Боюсь что только переходить на переменный ток(магнит тоже должен давать синхронно по фазе и частоте поле с током) - любое протекание пост. тока вызовет какие-то реакции(вопрос тока в том реакции с материалом электрода или дрянь останеться в воде), это неизбежно...

Если побочные продукты только в воде будут, а электроды не будут затрагиваться - то в принципе для меня это норм. Такой вариант вполне устраивает.

 

Боюсь что только переходить на переменный ток(магнит тоже должен давать синхронно по фазе и частоте поле с током) - любое протекание пост. тока вызовет какие-то реакции(вопрос тока в том реакции с материалом электрода или дрянь останеться в воде), это неизбежно...

 

Вентильные металлы(титан, алюминий, тантал) тоже будут работать только не переменном токе - на постоянном они пассивируются(этой-же самой электрохимической реакций, которая в этом случае образует оксид) и вообще перестают проводить ток...

Согласно негласного ТЗ к лодке - конструкция должна быть предельно простой и повторяемой, без очень сложной электроники, но обязательно на МГД-эффекте. Коммутация потоков воды клапанами более предпочтительна, чем генераторы переменного напряжения и электромагнитные катушки. Тем более что есть недорогие готовые клапаны для аквариумов.

А если электроды сделать из вентильных металлов, и регулярно менять полярность - это позволит избежать пассивации?

Кстати, а что будет, если электроды сделать из графита? Они растворяются?

[ZaecЪ]

Если  я правильно понял, то при напряжении на электродах ниже примерно 1-1,2 вольта электролиза воды и основных солей вообще не будет? И тогда электроды из нержавейки или графита вообще не будут растворяться? А сила тока на этот процесс не может влиять?

существует такое понятие как минимальное напряжение разложения при электролизе:

 

U_min = W/Q, где

 

Q - заряд в кулонах (К), необходимый для получения одного моля в-ва,

W - энергия (Дж), которую нужно затратить на разделение того же моля в-ва

 

для воды:

 

U_min = W/Q = 286*10³/193*10³ = 1,48 В

 

Кроме того существует такое понятие как минимальная плотность тока, при которой начинается выделение газов на электродах - для всё той же воды это 10 А/м² В промышленных электролизерах допускают и до =>1000 А/м²

 

По поводу морской воды не помню сколько и чего - нужно искать оригинальные сообщения тех же японцев в журналах IEEE, или смотреть в литературе:

• Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия, 1984
• Багоцкий В.С. Основы электрохимии, 1988

по поводу идей бесконтактного МГД-движителя

 

 

взято отсюда

Изменено 3 Марта, 2015 в 11:08 пользователем ZaecЪ

[Электрофил]

Ну если с жидким металлом, то можно и "ствольный" вариант ускорителя воды заюзать. Небольшие порции металла в герметичной трубе с контактами (аки рельсы) выполняют роль поршней. От воды на выходе отделяются, например выходное сопло для воды может быть тоньше, чем площадь металлического поршня, тогда скорость металла будет меньше и он свободно отвалится вниз и вернется в цикл.

Видел картинку ртутного вакуум-насоса по такому принципу, только там капли ртути в стеклянной трубке под собственным весом газ откачивают- без гауссов и рельсотронов.

 

Если возникнут проблемы с разрывом металлического слоя об воду, можно решить уменьшением поперечного размера каналов, например труба будет не сплошной, а из большого количества параллельных секций, разделенных проводящими перегородками.

 

Кстати способ обещает приличный КПД, не уступающий простому электродвигателю с водометом. Но гребной винт однозначно лучше

Изменено 3 Марта, 2015 в 13:32 пользователем Электрофил