磁流體發(fā)電機(jī)

磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電是20世紀(jì)50年代末開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一項(xiàng)新技術(shù)。磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢是等離子體通過磁場時(shí)，其中正、負(fù)帶電粒子在磁場作用下相互分離而產(chǎn)生的。在普通發(fā)電機(jī)中，電動(dòng)勢是由線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。為此必須先把初級能源（化學(xué)燃料或核燃料）燃燒放出的熱能經(jīng)過鍋爐、熱機(jī)等變成機(jī)械能，然后再變成電能。在磁流體發(fā)電機(jī)中，是利用熱能加熱等離子體，然后使等離子體通過磁場產(chǎn)生電動(dòng)勢而直接得到電能，不經(jīng)過熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，從而可以提高熱能利用的效率。這是磁流體發(fā)電的特點(diǎn)，也是人們對它感興趣的主要原因。磁流體發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1磁流體發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖在燃燒室中利用燃料燃燒的熱能加熱氣體使之成為等離子體（為了加速等離子體的形成，往往在氣體中加一定量的容易電離的堿金屬，如鉀元素作“種子”），溫度約為3000K。然后使等離子體進(jìn)入發(fā)電通道，發(fā)電通道的兩側(cè)有磁極以產(chǎn)生磁場，其上、下兩面安有電極。等離子體通過通道時(shí)，兩電極間就有電動(dòng)勢產(chǎn)生。離開通道的氣體成為廢氣，它的溫度仍然很高，可達(dá)2300K。這廢氣可以導(dǎo)入普通發(fā)電廠的鍋爐，以便進(jìn)一步加以利用。廢氣不再回收的磁流體發(fā)電機(jī)稱為開環(huán)系統(tǒng)。在利用核能的磁流體發(fā)電機(jī)內(nèi)，氣體一等離子體是在閉合管道中循環(huán)流動(dòng)反復(fù)使用的，這樣的發(fā)電機(jī)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢，輸出電功率的原理如下。如圖2所示，設(shè)磁場沿-y方向，而等離子體以速率v沿-x方向流動(dòng)。帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中要受到洛倫茲力而上、下分離，此力的大小為f=qvb這是一種非靜電力，相當(dāng)于一個(gè)非靜電場強(qiáng)Ene的作用，而E=—=vB

neq圖2磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖以l表示兩電極之間的距離，則可得此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為E=EnJ=vBl由于洛倫茲力的作用，正、負(fù)電荷將在上、下兩電極積累，因而在等離子體內(nèi)又形成一靜電場Es。在兩極間的總場強(qiáng)為E=Ene-Es以。表示等離子體的電導(dǎo)率，則通過等離子體的電流密度（從負(fù)極向正極）以s表示電極的面積，則總電流為I=cs(Ene-Es)發(fā)電機(jī)輸出的總功率為P=IEl2(vB-氣)EV式中El為發(fā)電機(jī)兩極的端電壓，V=Sl為電極間總體積。sK=曳令 vB則上式可寫成P=s2B2(1—K)KV此式當(dāng)K=1/2時(shí)有最大值。因此，磁流體發(fā)電機(jī)的輸出功率的最大值由下式?jīng)Q定：P=-cv2B2V

max41959年，美國阿夫柯公司建造了第一臺(tái)磁流體發(fā)電機(jī)，功率為115kW。此后各國均有研究制造，美蘇聯(lián)合研制的磁流體發(fā)電機(jī)U-25B在1978年8月進(jìn)行了第四次試驗(yàn)，氣體-等離子體流量為2?4kg/s，溫度為2950K，磁場為5T，輸出功率1300kW，共運(yùn)行了50小時(shí)。目前許多國家正在研制百萬千瓦的利用超導(dǎo)磁體的磁流體發(fā)電機(jī)。現(xiàn)在磁流體發(fā)電機(jī)制造中的主要問題是發(fā)電通道效率低，目前只