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磁流体发电现状和展望

2022/07/16150 作者:佚名
导读:作为一种高技术,磁流体发电推动着工程电磁流体力学这门新兴学科和高温燃烧、氧化剂预热、高温材料、超导磁体、大功率变流技术、高温诊断和降低工业动力装置有害排放物的先进方法等一系列新技术的发展。这些科学成果和技术成就可以得到其他方面的应用,并有着美好的发展前景。从高效率、低污染、高技术的考虑,磁流体发电为高效率利用煤炭资源提供了一条新途径,使得磁流体发电从其原理性实验成功开始,就迅速得到了全世界的重视,

作为一种高技术,磁流体发电推动着工程电磁流体力学这门新兴学科和高温燃烧、氧化剂预热、高温材料、超导磁体、大功率变流技术、高温诊断和降低工业动力装置有害排放物的先进方法等一系列新技术的发展。这些科学成果和技术成就可以得到其他方面的应用,并有着美好的发展前景。从高效率、低污染、高技术的考虑,磁流体发电为高效率利用煤炭资源提供了一条新途径,使得磁流体发电从其原理性实验成功开始,就迅速得到了全世界的重视,许多国家都给予了持续稳定的支持并积极研究燃煤磁流体发电。

目前,世界上有17个国家在研究磁流体发电,而其中有13个国家研究的是燃煤磁流体发电,包括中国、印度、美国、波兰、法国、澳大利亚、前苏联等。当前的研究工作主要集中于燃烧矿物燃料的开式循环磁流体发电。苏联、美国、日本和中国等国都建立了一系列磁流体发电装置。技术最先进的是苏联的Y-25型装置。这种装置由以天然气作燃料的开式循环磁流体发电装置和汽轮发电机联合组成,头部的磁流体发电装置的设计功率是25兆瓦。美国在以煤作燃料的磁流体发电装置方面也取得成就,MarkV曾作为电弧风洞的电源投入使用。日本一座场强为5万高斯(即5特斯拉)超导磁场的磁流体发电装置已投入运转。我国于上世纪60年代初期开始研究磁流体发电,先后在北京、上海、南京等地建成了试验基地。根据我国煤炭资源丰富的特点,我国将重点研究燃煤磁流体发电,并将它作为“863”计划中能源领域的两个研究主题之一,争取在短时间内赶上世界先进水平。

以液态金属作为工质的闭式循环磁流体发电装置,由于没有转动部件双,比较牢固,而且能够发出交流电,故一般将它作为空间动力的备用装置进行研究。近年来,美国、苏联、以色列还把这种磁流体发电与太阳能源结含起来进行研究。以裂变反应堆为热源、采用非平衡电离效应的闭式循环磁流体发电装置的研究工作尚未取得重大突破。这是因为有磁场时,非平衡电离的实验结果同理论预计相差较远。此外,由于电导率随等离子体密度的增加而下降,所以要求工质处于低气压状态,而这一要求同反应堆的合理设计有矛盾。近年来的研究表明,当等离子体密度足够高时,粒子的平均动能已不再比粒子间的相互作用能大很多,等离子体变成非理想的。这时等离子体的电导率随密度增大而上升,接近金属的电导率。这一性质对磁流体发电以及作为反应堆中携带热量的工质都是十分有利的。

随着受控热核反应研究的进展,聚变反应雄-磁流体发电装置有可能成为21世纪中央电站的主要形式。

等离子体横越磁场流动的稳定性问题是磁流体发电装置研究的主要问题之一。在低气压闭式循环磁流体发电装置中,由于工质处于非平衡状态,出现的不稳定性较多。除了在等离子体中经常出现的由于局部温度提高而引起电流集中、温度反复上升和电子急剧加速的过热不稳定性和离子声波不稳定性以外,电离不稳定性成为重点研究对象。电离不稳定性出现后,荷电粒子的密度、电流和电场都随空间和时间而迅速变化,从而降低有效电导率,使发电装置的性能明显恶化。有人提出用交替改变平均电流方向(其周期比不稳定发展的特征时间,即振幅增长e倍所需的时间更短)来抑制电离不稳定性的方法。在开式循环磁流体发电装置中,等离子体是处于局部热力学平衡的,不产生电离不稳定性,其他不稳定性也不明显。徂在大型工业装置中,等离子体与磁场的相互作用较强,不稳定性也可能出现。

设计通道起初大多采用一维流动模型,随着发电装置功率的增大,需要对通道进行细致的理论研究。超声速发电通道的理论和实验是当前重点研究的项目之一。制造能长时间有效工作的通道和电极材料是当前主要技术困难的所在,而制造能提供高场强的超导磁体是磁流体发电装置能否进入实用阶段的关键问题。

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