磁流体发电机的设计与制作

通过自制简易磁流体发电机模型演示突破复合场中带电粒子运动这一教学难点,利用液体磁流体发电机和气体磁流体发电机测出电势差和电流,相比传统只是教师讲授要更加直观可视化,使微观模型的构建易于理解.

爆轰驱动惰性气体磁流体发电试验研究

磁流体发电装置作为一种特殊的高功率脉冲电源,具有效率高、容量大、启动快的优点,制约其发展的关键在于如何获得高电导率的发电工质.爆轰驱动具有远超常规方式的驱动能力,在提供高温、高电导率气体方面独具优势.将爆轰驱动激波管技术应用于磁流体发电,有利于突破磁流体发电技术瓶颈,故据此开展了基于爆轰驱动激波管技术的惰性气体磁流体发电试验研究.爆轰驱动根据激波管点火位置不同分为反向和正向两种运行模式,反向爆轰驱动可提供时间较长、状态稳定的试验气流,而正向爆轰优势在于产生高焓试验气流.试验系统由爆轰驱动激波管、拉瓦尔喷管、发电通道、电磁铁和真空罐等组成,试验中分别以反向爆轰和正向爆轰驱动激波管产生发电工质,利用激波将惰性气体压缩至高温从而发生电离,形成的等离子体经喷管加速后,最终在法拉第直线型发电机内切割磁感线输出电能.磁场强度0.9 T的条件下,反向爆轰在负载3.5Ω时获得了较稳定的1.9 kW输出功率,持续时间1.5 ms;外接35 mΩ负载时,正向爆轰在0.3 ms内短时输出功率高达212 k W,功率密度为0.2 GW/m^(3).试验成功验证了基于爆轰驱动激波管技术的惰性气体磁流体发电方案的可行性,为高功率脉冲电源的应用与发展提供了新的方法.

空间核能磁流体发电系统性能分析及参数优化

高温气冷堆结合磁流体发电是一种高效的空间电源系统,可以满足空间任务对于大功率、高效率的需求,具有广阔的应用前景。用于磁流体发电的空间核动力系统主要包括核反应堆、磁流体发电机、回热器、压气机、热辐射器等,本文对该系统循环过程进行分析,通过建立循环效率模型及质量模型开发了系统分析程序,在验证程序准确性的基础上对系统综合性能展开了分析。研究了压气机级数、循环冷端温度、循环热端温度、回热器回热度等因素对系统效率、比质量、辐射器面积、总质量的影响,并对1 MWth热功率下的动力系统进行了参数优化,实现了系统循环效率46.15%、总质量4 375 kg和比质量9.48 kg/kWe,在未来太空应用中具有很好的竞争力。

氧化还原石墨烯基微流体发电机感应电势影响因素的研究

采用不同浓度的分散液制备了氧化还原石墨烯基微流体发电机,测得了不同NaCl溶液流体流速时的感应电势.根据Nernst-Planck方程建立了工作电极表面扩散层内Na^(+)离子浓度与感应电势之间的量化关系.基于不同流体流速时所测得的感应电势值,分析了流体流速-Na^(+)离子物质输运及其吸附浓度-微流体发电机感应电势之间的影响关系.引入表面纹理纵横比(Str)和最大高度(Sz)等特征参数量化表征了氧化还原石墨烯薄膜的表面形貌,研究了分散液浓度-氧化还原石墨烯表面形貌-工作电极表面Na^(+)离子吸附量-微流体发电机感应电势之间的内在规律.当NaCl溶液流体流速为50μL/min、氧化还原石墨烯浓度为1 mg/mL时,微流体发电机感应电势可达−343 mV.研究结果不但有助于碳基微流体能量收集器工艺参数的优化及性能改进,还有利于与微流道相关的光降解器、离子敏传感器和电化学葡萄糖传感器等器件性能的提升.

高性能磁流体发电机发电通道的工程问题

本文概括地叙述了高性能发电通道工程发展的关键问题，特别是近年来国内的进展。

磁流体发电

磁流体发电是将热能直接转换成电能的新型发电方式。它的基本工作原理仍然是法拉弟电磁感应定律,与一般发电机不同的是用导电流体代替固体导体,并使导电流体以一定速度通过与其相互垂直的磁场,切割磁力线,从而产生电能。

一种新的脉冲磁流体发电机

在综合国内外研究的基础上,提出了一种新的毫秒级脉冲磁流体发电机(PMHDG)的设计方案,给出了电物理模型,并在电路的物理设计上采用了适当的高能密度电容作为辅助储能器,以便形成一种发电机-电容器联合的高功率脉冲电源,可供电炮直接应用。

磁流体发电机的归并电路

在燃煤磁流体发电机中，从几个电极上联起来取得功率是近来得到发展的负载联结方式，它被用于斜接型磁流体发电机的功率取出区和法拉第发电机的所有电极。这种联结能对各对电极的电流控制起附加作用，而且能够用调整通道电极电流去达到所希望的电气及气动力学的运行状况。这种控制电极电流的能力在故障控制中也是有用的。在斜接型发电机中，这种回路已发展到用来控制每个斜接回路中的电流，并能隔离由阴极壁渣层短路而引起的局部阴极间的高电压，以减轻或避免对阳极壁的破坏性影响。磁流体发电归并电路在国内、外研究试验的成功，对于先进能量转换系统的发展和实用化，走过了重要的一步。该项技术可以应用于需要对浮动直流点电源进行归并的任何能量转换系统，如燃料电池等。

磁流体发电的国际进展与我国的战略

本文指出了磁流体发电的重要意义，叙述了国际上过去３０年来所建的试验电站和实验室内研究和开发工作所取得的主要进展和成就，并指出了实用化的前景。考虑到中国的实际情况，提出了中国燃煤磁流体发电计划的方针，建议在本世纪内建立一个热输入功率为２５兆瓦的磁流体联合循环试验设备，并进行长时间发电部件和系统的试验，以便在下世纪初能建立示范电站并和世界各国同步进入实用化阶段。

磁流体发电高温燃气的产生与控制研究

为探索磁流体发电技术在高超声速飞行器上的应用,研制了基于燃气发生器的高温燃气实验系统。介绍了燃烧工质的选取、工况的选择以及实验系统的调试机理、运行情况。结果表明,采用航空煤油做燃料,气氧做氧化剂,混合比为1.2~12的条件下满足温度大于2600K的要求;煤油流量作为基准值,通过调节氧气路孔板流量计前压力能很好地调节燃气发生器的温度;通过调试确定了系统运行的时序,并进行了燃烧温度为3278.5K的点火实验。电导率的测试实验表明,在燃气温度2750K的情况下,燃气电导率的平均值达到10S/m,峰值15S/m,满足磁流体发电的技术要求。

能量旁路组合发动机磁流体发电通道数值模拟

利用简化的一维低磁雷诺数下磁流体动力学方程组,对理想分段法拉第型MHD发电通道开展了数值模拟研究,分析了电磁参数和通道几何参数的变化对MHD发电通道性能的影响。结果表明:MHD发电通道能够有效减小出口气流速度,降低总温,并提取出能量,但由于电磁作用的不可逆效应以及焦耳热的产生总压有所损失。磁场强度B、电导率σ的大小,反映了通道内电磁作用强度。适度扩张型通道能够抑制出口气流速度、静温和总温,并增强电磁作用效果。要使通道出口速度减小,总温和总压降低,能量提取率增加,可以增大磁场强度B或电导率σ;反之则反向调节。

电弧加热高温磁流体发电地面试验研究

针对航天器未来空间飞行任务对大功率电源的迫切需求,开展了基于电弧加热的高温气体磁流体(MHD)发电地面试验研究。利用长分段电弧加热器加热氩气试验工质,模拟MHD发电所需的温度和压力条件,通过注入铯种子的方式提高试验工质的电导率,成功进行了直通式和盘式MHD发电地面试验:在磁场强度1T试验条件下,直通式发电机最大输出发电功率达到196W;在磁场强度7T试验条件下,盘式发电机最大输出发电功率达到10.5kW。本研究工作验证了磁流体发电技术的前景,为更高功率的磁流体发电机研究及空间应用奠定了基础。

再入飞行器表面磁流体发电装置数值模拟

提出了钝锥型再入飞行器上的表面磁流体发电装置方案,采用低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型对其进行了流动与静电场耦合的数值模拟,由此建立了表面磁流体发电装置中的物理图像.数值模拟结果表明,在典型再入条件(飞行高度46 km,速度7 km/s)下,所提出表面磁流体发电装置方案能够实现兆瓦级(电功率1.28MW)能量输出,电能提取导致再入飞行器阻力增大13.7%,对飞行器壁面总热流值的影响并不显著,但发电区域及其下游壁面的热流密度分布发生明显变化,该区域内热流密度峰值发生于电极的前、后缘.

新型液态金属磁流体发电机的等效电路模型

为建立准确的新型液态金属磁流体发电机等效电路,分析端部效应对发电机性能的影响,从该类发电机的基本稳态电磁关系出发,在发电通道内部三维数值分析的基础上,建立考虑端部效应的等效电路模型,并给出该等效电路模型中各参数的计算公式。利用该等效电路模型,对实验样机的稳态输出特性进行计算,并和不考虑端部效应的等效电路模型的计算结果、实验结果进行对比分析。样机的计算结果和实验结果对比表明,给出的等效电路模型和计算方法是正确的,具有较高的计算精度。

燃烧型脉冲磁流体发电机实验研究

通过对磁流体发电机用推进剂配方、发电通道以及大空间强磁场形成技术的研究,研制了燃烧型脉冲磁流体发电机样机,并测试了发电机的输出电压.实验结果表明:含硝酸铯盐复合推进剂配方可用于脉冲磁流体发电机,标准火箭发动机喷管出口燃烧产物电子密度达到1.9×1012 cm-3,比常规推进剂提高1 000倍;永磁体采用聚磁技术可实现均匀强磁场,在104mm×360mm×500mm的矩形空间内得到磁体系统的平均磁感应强度为1.24T,磁场均匀度超过95%;发电机稳定输出电压为90V,实现了推进剂化学能的转换.研究结果为高功率脉冲电源的研究提供参考.

磁流体发电种子循环和还原法再生的实验研究

磁流体发电由于使用种子使得它在现代工业条件下得以实现,也由于钾的优良的捕硫性能,使之具有低污染的特性.然而,由于钾盐价格昂贵,它在电站中的循环使用成为估价磁流体发电特别是燃煤磁流体发电经济性的核心,我国钾资源贫乏,实现钾种子的良好循环显得更为重要.

磁流体发电的国际进展与我国的战略（续）

磁流体发电的国际进展与我国的战略（续）严陆光，居滋象，沙次文，周适，刘廷文（中科院电工研究所）四、向试验电站前进的八十年代在实验室研究发展取得前述重大进展基础上，大家比较一致的认识到，下一阶段主要任务应是研制与建造试验电站，进而可以期望在本世纪末、下...

烧煤磁流体发电机发电通道结构改进

本文叙述电功率百千瓦级烧煤磁流体发电机发电通道的结构改进要点，指出发电通道结构设计和加工装配中值得注意的技术细节。

用于磁流体发电的超高温反应堆堆芯设计

本文对磁流体反应堆的堆芯方案进行了探索,对石墨基体燃料和金属陶瓷燃料进行了比较,选择了金属陶瓷燃料进行磁流体反应堆的设计,给出了堆芯方案及堆芯物理、热工计算结果,并对发射掉落事故进行了计算和分析。计算结果可满足设计要求。

烧煤磁流体发电技术发展前景展望

概述了烧煤磁流体发电在高效率火力发电技术中所处的位置，分析了传统技术路线的困难，阐明了采用集成热化学转换器的新技术路线的特点。