磁流体发电机原理.doc

《磁流体发电机原理.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、磁流体发电机原理PrincipleofMHDgenerator竺斌(浙江省湖州中学浙江湖州313000)内容摘要：磁流体发电机是20世纪末发展起来的新兴技术。本文对磁流体发电几种理想模型的原理叙述。当磁流体发电机不接外电路时，电动势；当接了外电路时，电动势会随着外电阻的变化而变化，而且讨论了存在饱和电流的原因。关键词：磁流体发电恒流源电动势饱和电流问题的提出长为L的导体棒在磁感应强度为B的磁场中垂直于磁场方向以速度为v做切割磁感线运动，导体棒两端产生的电动势为。但是磁流体发电机产生的电动势（L为两极板之间的距离，v为等离子运动的速度）

2、。这只是在电源两端开路的时候成立，如果电源两端接有外电阻，则电动势会随外电阻的变化而变化。但是我们高中物理里很多参考书中都认为此电源的电动势为。基本原理分析：1．电源两端开路。如图所示，两极板间距为L，磁感应强度为B，方向如图所示，等离子体的正负电荷所带的电量均为q，忽略正负离子的重力和电荷之间的相互作用力。开关S断开。导电流体进入磁场受到洛伦兹力的作用，正电荷向上偏转，负电荷向下偏转，使得导体板之间产生电势差，正电荷会受到向下的电场力的作用，当达到平衡时，正电荷受到的电场力和洛伦兹力大小相等方向相反，此时导体板之间的电压就等于此电源

3、的电动势。即，可得电动势：。（1）这就形成了磁流体发电机的原型。2．电源两端通路若开关闭合，电源两端接一个电阻R。这里仅以正离子为例进行运动过程的推导分析，设粒子质量为m，带电量为q，两极板间距为L宽度为a，导体板足够长。等离子体以速度v沿平行于极板进入磁场，若单位体积正离子的个数为n。忽略离子间的作用力和阻力，忽略发电机内阻。若电路稳定时形成的电流为I，则导体板之间的电势差就等于电动势，即，内部的电场。等离子体进入磁场的速度v可以看成由和两速度的合成（和方向在同一直线上，即与v在同一直线），即，其中，则。这样产生的洛伦兹力恰好与电场

4、力平衡，粒子由速度产生的洛伦兹力使它做匀速圆周运动，也就是粒子在极板间的运动可以看成是以向右匀速运动和以做匀速圆周运动的合成。匀速运动的半径：。（2）2.1，即：（3）这就是距上极板距离小于2r的粒子可以达到极板形成电流。在距上极板距离为2r到L之间的粒子不能到达上极板而形成电流，这些离子从两极板之间从右端离开极板。那么单位时间内能够到达上极板的正离子子数为：，（4）则电流，将（4）式带入可得：（5）由于，带入上式可得：（6）所以电动势：（7）电动势的大小跟外电阻R有关。将（7）式变形得到：，当时，。把（7）式带入（3）式可得到：（8

5、）（8）表示这种情况所具备的条件。（8）式的右端大于等于0，即可得到：（9）也就是说，必须满足（9）式，这种情况才可能存在。2.2，即：（10）从两板之间进入磁场区域的全部离子均可到达两极板，则形成的电流：（11）此时发电机的电动势：（12）此时外电阻满足：RR0BLv0这种情况下，电动势与外电阻成正比，也就是发电机的电流恒定，不随外电阻的变化而变化，产生的是恒流源，或者说存在一个饱和电流。这与我们一般的电源电动势不变不同。设，。如果满足，即，将电源电动势与外电阻的关系画出图像。当时，电源输出的电流恒定，电动势随外电阻的增大而线性增大

6、；当时，电动势随外电阻的增加而增大，当时，。如果，那么临界电阻，也就是说图像中的这段的直线关系就没有了，随的变化关系就是后面的曲线部分。3．电路通路与导体切割磁感线产生的电动势的区别导体棒切割磁感线产生电动势，导体棒始终受到一平行于速度方向的外来作用来保证导体棒做匀速运动，也就是导体棒中的自由电子受到的沿导体棒方向的洛伦兹力（电源内部的非静电力）是恒力，所以产生的是恒定的电动势。另外自由电子被封闭在电路中，电流的大小与自由电子定向移动的速率有关，也就不存在饱和电流的问题了。但是磁流体发电机电路闭合时，在两极板间，带电粒子的运动可以看成

7、是沿极板方向匀速直线运动和垂直磁场平面内的匀速圆周运动合成，轨迹是一条摆线。所以沿极板方向的速度时刻在变化，这样就导致垂直于极板方向的洛伦兹力（非静电力）也是变化的，并且电路中电流的大小还受到入射等离子体的浓度和速率大小限制，所以就存在一个饱和电流。综上所述，磁流体发电机的电动势不一定都是，这只是在外电路断开的条件下成立。当外电路闭合时，电动势会随着外电阻的变化而变化。当时，，电动势；，电动势。当时，电动势。参考文献：赵凯华、陈熙谋，电磁学，高等教育出版社，2003.4