脉冲功率技术(mhd发电机技术)

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1、磁流体MHD发电机磁流体MHD发电机MHD发电原理基于导电流体产生的霍尔效应。典型的MHD发电机由燃烧室、发电通道、电极对、磁体和导电流体组成。在燃烧室内放置诸如煤气、油、天然气、火药、火箭推进剂或炸药等化学燃料，燃烧产生3000k或更高温度的气体，气体以极高的速度通过由耐高温材料制成的发电通道。磁流体MHD发电机高温气体中一部分原子电离成电子和正离子，但仍是低温等离子体，导电性较差，低于铜、铝等金属材料。需要在这种高温气体中掺入少量容易电离的“种子”，例如钾和铯，促进气体的电离，提高气体的导电率。导电气体在发

2、电通道上以速度V垂直于磁体产生的磁场B运动，由于气体中的正、负离子受洛伦兹力作用，它们在垂直于B和V所在平面反向运动，结果在通道两侧的接收电极间出现电势差。磁流体MHD发电机在两个电极外接负载，负载便获得功率。如果导电气流脉冲地通过通道，例如中断燃料注入或向弱导电气体间断地填加种子，负载将可以得到电脉冲。脉冲长度取决于导电气体流过发电通道的时间。MHD发电机历史1910就出现了磁流体发电的专利。1940年，西屋电气公司制造了大型霍尔型试验MHD发电机，对电离机制不甚了解，没有成为实用的设备。二战后，受控热核聚变

3、领域的研究进展，包括等离子体物理在内的磁流体力学的迅速发展，促进了MHD发电机的进一步发展。1959年，美国的Avco公司制成了11.5kW的实验磁流体发电机，在MHD发电史上具有划时代的意义。之后，苏、英、法、日等国相继开始了研究。MHD发电机历史小体积、高功率、短持续时间的脉冲MHD发电机的研究工作在60年代始于美国空军，主要想研制一种机载的高功率MHD装置，使用固体炸药作燃料，或用火箭发动机来激励MHD发电机。1967年，美国完成了脉冲发电机的理论工作，并建成一台供超音速风洞实验用的霍尔型MHD发电机。M

4、HD发电机历史1967年以后，苏联和日本继续对MHD发电机进行了深入的研究工作。苏联把超导磁铁用于炸药激励的脉冲MHD发电机中；用核能激励脉冲MHD发电机。日本率先将超导体用于磁流体发电研究，已建成储能70MJ、重50T的超导磁铁。为避免常规导体激磁绕组的损耗和提高效率，采用超导体势在必行。MHD发电机种类磁流体发电最根本的原理是导电的流体高速切割磁场。根据工作性质，可分直流工作和脉冲工作两种。根据工作流体，可分为液态金属和等离子体。根据不同电离方式，有平衡电离和非平衡电离。根据所用能源，可分为化学燃料和核燃料

5、，也有少量太阳能MHD发电机。MHD发电机种类根据用途来分，可分为民用和脉冲功率等特种用途。根据通道形式，可分为直线型和曲线型。根据激磁方式，可分为自激和他激MHD发电机。根据工作流体循环方式，可分为简单或联合的开式循环及简单或联合的闭式循环两种。MHD发电机种类MHD发电机特点具有较高的效率。使用化学燃料时，发电机本身效率可达20%-30%，系统总效率在10%以上；使用核燃料时，有更高的效率。无转动部件。MHD发电机是静止的机械。直接启动快。工作流体充满发电通道的时间即是发电机的启动时间，工作流体常达1000

6、m/s的速度，所以毫秒量级的时间即可启动起来。MHD发电机特点不需要中间储能元件，可由发电机直接向负载传递能量。不用大功率开关。对高功率脉冲电源来讲非常有优势。由于使用化学能或核能，不存在中间储能器和转换开关，所以脉冲MHD发电机体积小，工作可靠和成本低。和其它高功率脉冲电源相比，它能提供秒级的、大能量的脉冲。MHD发电机特点脉冲MHD发电机可作为托卡马克和仿星器等热核聚变装置、大型超音速风洞、大型高能加速器的高功率脉冲电源。适合天基和机载应用。在大功率激光器、粒子束武器、微波武器、电磁发射和高功率应急通讯等领

7、域受到重视。MHD发电机特点四个品质因数衡量脉冲MHD发电机的性能。比燃料耗量Q----单位输出功率的燃料流量速率；比重量密度WD----单位输出功率的固定装置重量；比体积密度VD----单位输出功率的装置体积；比能量输出e----单位重量产生的能量。MHD发电机特点我们希望Q、WD、VD小，e大。若MHD发电机工作时间为t，则为了获得最大的e值，对于短脉冲持续时间和大Q值时，WD必须小。MHD发电机特点大功率、紧凑的和能可靠工作的脉冲MHD发电机，应当：燃料、氧化剂、种子、磁场和流速必须有最佳优化组合；使发电

8、机结构排列最佳化，以便用适当的电压和持续时间就可以供出所需的功率；根据陆基还天基、单脉冲还是连续脉冲、使用空气供氧还是氧化剂、是自激还是它激等工作方式，使体积和重量最佳化。MHD发电机磁体MHD发电机的输出功率与通道体积和磁感应强度平方成正比。尽可能大的通道体积内获得更高强度的均匀磁场，并且还要求激磁系统成本低、重量轻和消耗的功率少。MHD所有的磁体线圈有常规导体线圈和超导体线圈两大类