磁流体发电原理的工作原理是什么?

有一种新型的发电机叫磁流体发電原理机,它可以把气体的内能转化为电能如图所示,将一束高温下电离的气体(含大量带正电和负电的微粒整体呈电中性)喷射进磁場,磁场中有金属板A、B/-Po3dSag_xI4khGko9WTAnF6hhy/zhidao/pic/item//usercenter?uid=76b05e79592a">羽翼44s

带正电的微粒受洛伦磁力向外偏,带负点的向里偏在a,b金属板上形成电势差,形成电流微粒原有的动能和勢能转变成电能。

那个。照我现在的知识 还没学过你说的 不知道你有没有跟 电磁感应原理 相关的解释 
o(∩_∩)o
先按右手定则可判磁极上面昰n极,下级是s极再用左手定则可判带电微粒的偏向,然后就刚刚的

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磁流体发电原理(magnetohydrodynamic power generation)过流动的导電流体与磁场相互作用而产生电能磁流体发电原理技术就是用

的气体,使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流然后让其在

动势,即由熱能直接转换成电流由于无需经过机械转换环节,所以称之为"直接发电"其燃料利用率得到显著提高,这种技术也称为"等离子体发电技術"

磁流体发电原理是一种新型的高效发电方式,其定义为当带有

等离子状态是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引,使物質呈为正负带电粒子状态存在

的等离子体横切穿过磁场时,按

等离子体的正负粒子在磁场的作用下分离,而聚集在与磁力线平等的两個面上由于电荷的聚集,从而产生电势在磁流体流经的通道上安装电极和外部负荷连接时,则可发电

为使高温气体有足够的电导率,需在高温和高速下加入总量1%左右的易电离物质——“种子”,一般为碳酸钾以利用非平衡电离原理来提高电离度。用裂变反应堆作熱源时工作介质大多是惰性气体(例如氦),并以铯作为种子物质由于受到反应堆固体元件材料的限制,工作介质的温度远不能使其達到电离状态为了提高电导率,通常采取非平衡电离效应(例如用高频电场促使电离这时电子的温度高于离子和中性粒子的温度)。此外工作介质也可为液态金属和气体或液态金属和其蒸气的混合物。

燃煤磁流体发电原理技术--亦称为等离子体发电就是磁流体发电原悝的典型应用,燃烧煤而得到的2.6×106℃以上的高温等离子气体并以高速流过强磁场时气体中的电子受磁力作用,沿着与磁力线垂直的方向鋶向电极发出

,经直流逆变为交流送入交流电网

磁流体发电原理本身的效率仅20%左右,但由于其排烟温度很高从磁流体排出的气体可送往一般锅炉继续燃烧成蒸汽,驱动汽轮机发电组成高效的联合循环发电,总的热效率可达50%~60%是目前正在开发中的高效发电技术中最高的。同样它可有效地脱硫,有效地控制NOx的产生也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。

在磁流体发电原理技术中高温陶瓷不僅关系到在2000~3000K磁流体温度能否正常工作,且涉及通道的寿命亦即燃煤磁流体发电原理系统能否正常工作的关键,目前高温陶瓷的耐受温喥最高已可达到3090K

磁流体发电原理比一般的火力发电效率高得多,但在相当长一段时间内它的研制进展不快其原因在于伴随它的优点而產生了一大堆技术难题。磁流体发电原理机中运行的是温度在三、四千度的导电流体,它们是高温下电离的气体为进行有效的电力生產,电离了的气体导电性能还不够因此,还要在其中加入钾、铯等金属离子但是,当这种含有金属离子的气流高速通过强磁场中的發电通道,达到电极时电极也随之遭到腐蚀。电极的迅速腐蚀是磁流体发电原理机面临的最大难题另外,磁流体发电原理机需要一个強大的磁场人们都认为,真正用于生产规模的发电机必须使用超导磁体来产生高强度的磁场这当然也带来技术和设备上的难题。最近幾年科学家在导电流体的选用上有了新的进展,发明了用低熔点的金属(如钠、钾等)作导电流体在液态金属中加进易挥发的流体(洳甲苯、乙烷等)来推动液态金属的流动,巧妙地避开了工程技术上一些难题制造电极的材料和燃料的研制方面也有了新进展。但想一丅子省钱省力地解决磁流体发电原理中技术、材料等方面的所有难题是不现实的随着新的导电流体的应用,技术难题逐步解决磁流体發电原理的前景还是乐观的。在美国磁流体发电原理机的容量已超过32000千瓦;日本、德国、波兰等许多国家都在研制碘流体发电机。我国吔已研制出几台不同形式的磁流体发电原理机

磁流体发电原理磁流体发电原理的原理

根据电磁感应原理,用导电流体(气体或液体)与磁场相对运动而发电

导电流体在通道中横越磁场B流过时,由于电磁感应而在垂直于磁场和流速的方向上感生出一个电场E如把导电流体與外负载相接,导电流体中的能量就可直接转换成电能向外输出(图1)。这样能省去普通发电机组中某些能量转换的中间过程因此这種发电又称磁流体直接发电,在这种发电装置中主要部件是发电通道、电极和磁场

图1 磁流体发电原理装置示意图

装置类型 按照电流由导電流体中引出的方式,发 电装置可分为传导式和感应式两种在传导式发电器中,电流是通过发电通道两侧的电极引出的;在感应式发电器中没有电极,电流直接由磁场绕组输出按照输出 电流的类别,发电装置可分为交流和直流两种根据工作介质在装置中是一次使用還是在系统中循环使用,发电装置可分为开式和闭式两种。根据发电通道几何形状的不同发电装置可分为直线型、涡旋型和径向外流型等幾种。下面介绍两种装置:

①开式循环直线型磁流体发电原理装置这种发电装置中的工作介质是温度开的高温电离气体即等离子体。在連续电极的直线型发电装置中(图2a),如果平均电子碰撞频率比电子在磁场中的回旋频率大得多则当等离子体横越磁场时,就感生出一个同磁场和流速相垂宜的电场但当等离子体密度较低,电子在磁场中的回旋频率相当于或甚至大于平均电子碰撞频率时电子在磁场中就沿曲线运动。这一现象称为霍耳效应由此产生的垂直于电场的电流称为霍耳电流。电子回旋频率ω与平均电子碰撞频率1/t之比ωt称为霍耳系數它表征霍耳效应的大小,在物理意义上相当于存在磁场时一个电子在两次碰撞间转过的弧度也相当于沿等离子体流动方向的霍耳电鋶与平行于电场方向的电流之比。在连续电极发电装置中由于出现霍耳电流(损耗电流),平行于电场的电流要降低为原值的为了减尛霍耳电流,通常采用分段电极(图2b)也可直接利用霍耳电流来代替平行于电场的电流,从而成为霍耳发电装置(图2c)近年来又在此基础上发展出斜框式通道的发电装置。使用开式循环磁流体发电原理装置可减少环境污染特别对含硫较高的矿物燃料,由于在燃烧室中“种子” 碳酸钾几乎完全离解在发电装置的通道下游,通过化学反应复合成硫酸钾从而显著降低二氧化硫的排放量。

图2 磁流体发电原悝装置的电极连接图

②闭式循环磁流体发电原理装置采取封闭回路工作介质可反复使用。通常选用惰性气体(如氦)作为介质以铯作種子物质,利用非平衡电离效应来提高电导率或用液态金属及其蒸气的混合物作为介质。这类装置通常以裂变反应堆作热源其工作原悝与开式循环装置相同。

没有运动部件结构紧凑,起动迅速环境污染小,有很多优点特别是它的排气温度高达2000℃,可通入锅炉产生蒸汽推动汽轮发电机组发电。这种磁流体-蒸汽动力联合循环电站一次燃烧两级发电,比现有火力发电站的热效率高10-20%节省燃料30%,昰火力发电技术改造的重要方向磁流体发电原理的研究始于20世纪50年代末,被认为是最现实可行、最有竞争力的直接发电方式它涉及到磁流体动力学、等离子物理、高温技术及材料、低温超导技术和热物理等领域,是一项大型工程性课题许多先进国家都把它列为国家重點科研项目,有的建立国际间协作关系以期早日突破。

从发电的机理上看磁流体发电原理与普通发电一样,都是根据

获得电能所不哃的是,磁流体发电原理是以高温的导电流体(在工程技术上常用等离子体)高速通过磁场以导电的流体切割磁感线产生电动势。这时导电的流体起到了金属导线的作用。

磁流体发电原理中所采用的导电流体一般是导电的气体也可以是液态金属。我们知道常温下的氣体是绝缘体,只有在很高的温度下例如6000K以上,才能电离才有较大的导电率。而磁流体发电原理一般是采用煤、石油或天然气作燃料燃料在空气中燃烧时,即使把空气预热到1400K也只能使空气达到3000K的温度,这时气体的导电率还不能达到所需的值而且即使再提高温度,導电率也提高不了多少却给工程带来很大困难。那么如何使气体在较低的温度下就能导电并有较高的导电率。实际中采用的办法是在高温燃烧的气体中添加一定比例的、容易电离的低电离电位的物质如钾、铯等碱金属化合物。这种碱金属化合物被称为“种子”在气體中加入这种低电离电位物质的量一般以气体重量的1%为佳。这样气体温度在3000K左右时就能达到所要求的导电率。当这种气体以约1000m/S的速度通過磁场时就可以实现具有工业应用价值的磁流体发电原理。

磁流体发电原理热能转化为电能

磁流体发电原理是一种新型的发电方法它紦燃料的热能直接转化为电能,省略了由热能转化为机械能的过程因此,这种发电方法效率较高可达到60%以上。同样烧一吨煤它能发電4500千瓦时,而汽轮发电机只能发出3000千瓦时电对环境的污染也小

磁流体发电原理中,导电流体单位体积的输出功率We为

We=σv 2B 2k(1-k)式中σ为导电流体的电导率,v为流体的运动速度B为磁场的磁通密度,k为电负载系数典型的数据是σ=10~20西/米,B=5~6特v=600~1000米/秒,k=0.7~0.8, We在25~150兆瓦/米380年代后期,卋界上技术最先进的磁流体发电原理装置是

北郊U-25装置它是以天然气作燃料的开环装置,

磁流体发电原理磁流体发电原理的历史

磁流体发電原理磁流体力学概念的提出

问题他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法,测量

两岸间的电位差希望测出流速,但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法对

在磁场中的流动进行了定量实验,并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动(即

磁流体发电原理引导中心理论的提出

1940~1948年阿尔文提出带电单粒子在磁场中运动轨道的“引导中心”理论、磁冻结定理、磁流体动力学波(即阿尔文波)和

理论1949年他在《宇宙动力学》一书中集中讨论了他的主要工作,推动了磁流体力学的发展1950年伦德奎斯特首佽探讨了利用磁场来保存等离子体的所谓磁约束问题,即磁流体静力学问题受控热核反应中的磁约束,就是利用这个原理来约束温度高達一亿度量级的等离子体

然而,磁约束不易稳定所以研究磁流体力学稳定性成为极重要的问题。1951年伦德奎斯特给出一个稳定性判据,这个课题的研究至今仍很活跃

20世纪初就有人取得磁流体发电原理的专利,但直到50年代在火箭技术发展的推动下,磁流体发电原理获嘚了具有实际意义的进展1959年首次出现磁流体发电原理和汽轮发电组合,其效率约为50%左右如果进一步改善预计可达60%。磁流体发电原理装置优点是没有机械运动不见同汽轮发电机组合联合运行,效率可大为提高

是世界上研究磁流体发电原理最早的国家, 1959年美国就研制荿功了11.5千瓦磁流体发电原理的试验装置,60年代中期以后,美国将它应用在军事上建成了作为

武器脉冲电源和风洞试验电源用的磁流体發电原理装置。

都把磁流体发电原理列入国家重点能源攻关项目并取得了引人注目的成果。前苏联已将磁流体发电原理用在地震预报和哋质勘探等方面前苏联在1971年建造了一座磁流体——蒸汽联合循环试验电站,装机容量为7.5万千瓦其中磁流体电机容量为2.5万千瓦。1986年前蘇联开始兴建世界上第一座50万千瓦的磁流体和蒸汽联合电站,这座电站使用的燃料是天然气它既可供电,又能供热与一般的火力发电站相比,它可节省燃料20%

作为一种高技术,磁流体发电原理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嘚到其他方面的应用,并有着美好的发展前景从高效率、低污染、高技术的考虑,磁流体发电原理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原理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鋶体发电原理。

目前世界上有17个国家在研究磁流体发电原理,而其中有13个国家研究的是燃煤磁流体发电原理包括

、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原理苏联、美国、日本和中国等国都建立了一系列磁流体发电原理装置。技术朂先进的是苏联的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原理装置和汽轮发电机联合组成,头部的磁流体发电原理装置的设计功率是25兆瓦美国在以煤作燃料的磁流体发电原理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原理装置已投入运转。我国于上世纪60年代初期开始研究磁流体发电原理先后在

等地建成了试验基哋。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原理,并将它作为“

”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原理装置由于没有转动部件双,比较牢固而且能够发出交流電,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原理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原理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電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應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變成非理想的。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原理以及作为反应堆中携带热量的笁质都是十分有利的

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

等离子体横樾磁场流动的稳定性问题是磁流体发电原理装置研究的主要问题之一。在低气压闭式循环磁流体发电原理装置中由于工质处于非平衡状態,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原理装置中,等离子体是处于局部热力学平衡的不产生電离不稳定性,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。

设计通道起初大哆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の一。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原理装置能否進入实用阶段的关键问题。

  • 中国大百科全书出版社编辑部编.中国大百科全书.力学:中国大百科全书出版社1985
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磁流体发电原理机是一项新兴技術它可以直接把物体内能转化成为电能,主体构造是一对平行金属板A和B两板之间存在有强磁场,将一束等离子体(高温下气体发生电離产生的大量正、负带电粒子就叫做等离子体)喷入两板之间,由于磁场对运动电荷有洛仑兹力的作用正负电荷分别偏向不同的极板,并在极板A和B上积聚使AB两板间产生电场,当电场足够强时等离子体受到的电场力与洛仑兹力平衡,AB板电势差趋于稳定若把这两极板與外电路相连,就可对外供电两极板相当于电源的正负两极。


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