プラズマMHD発電機内流れに発生する非平衡電離衝撃波の構造の解明と発電性能の予測

等离子体 MHD 发生器内部流动中产生的非平衡电离冲击波结构的阐明和发电性能的预测

• 批准号: 09750185
• 负责人: 大久保 雅章
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Prefecture University (1998)Tokyo Institute of Technology (1997)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750185/
• 关键词: 電磁流体力学; プラズマ; MHD発電; 衝撃波; 性能予測; スワール; 印加磁場; 電離不安定性

本研究は、超音速ディスク型プラズマMHD発電機の高性能化を目標とし、光学計測と数値シュミレーションにより、ディスク型MHD発電機内に発生する非平衡電離衝撃波の構造を解明するモデル化、ならびにその制御を行い、さらにはMHD発電し寸手宇の高精度な性能予測を行うことを目的とする。本年度の主な成果は以下のようにまとめられる。(実験的研究)現有の衝撃波駆動MHD発電流路により、高速度カメラ(現有)と分光装置(現有)による線スペクトルと再結合放射光の測定により、従来ほとんど計測のなされていなかったMHD発電流路ノズル部で発生する衝撃波の構造の実験的解明を行った。すなわち放電の写真撮影と計測により、衝撃波の発生とその構造をほぼ明らかにすることができた。さらには、以下に述べるシュミレーション結果との対比により、衝撃波の発生が電子温度の上昇に伴うアルゴン電離を伴うものであることを確認した。(理論的研究)超音速放射状流れのTVD法を利用したMHD発電機性能予測の計算コードを発展させ、新発電機の高精度性能予測を行った。結果として、アルゴンを作動流体とする発電機に対して、幅広い運転条件での性能予測法を確立することができた。またさらなる性能向上のための方策(スワールの導入、印加磁場分布の最適化法)を提案した。しかしながら、運転条件によっては発電機内部で電離不安定性が発生し、準一次元の性能予測では限界がある。そこで二次元の数値解析コードを発展させ、非平衡プラズマ内で発生する三種類の放電パターンの発生条件を求めることができた。なお、以上の成果は今年度、国際会議(3件)、電気学会(1件)にて発表した。

这项研究旨在提高超音速磁盘型等离子MHD发电机的性能，并旨在通过光学测量和数值仿真来建模和控制盘型MHD生成器中产生的非平衡电离电击冲击波的结构，并进一步生成MHD并进行高级测定的模拟模拟启动。今年的主要结果总结如下：（实验性研究）使用当前的冲击波驱动的MHD当前一代路径，我们已经在MHD当前一代的Noupzle上实验阐明了在MHD当前一代通路上产生的冲击波结构，该路径已在过去很少测量，通过测量线光谱和当前的同步摄像机（当前的同步摄像机（当前），该设备（）阐明在MHD电流一代喷嘴处产生的冲击波的结构，该喷嘴很少在过去测量。换句话说，通过拍照并测量放电，几乎可以阐明冲击波及其结构的产生。此外，与下面描述的模拟结果相比，可以证实，随着电子温度的升高，冲击波的产生涉及氩电离。 （理论研究）我们开发了一种计算代码，用于使用超音速径向流的TVD方法预测MHD发生器性能，并为新发电机做出了高精度性能预测。结果，可以在广泛的操作条件下建立使用氩气作为工作流体的发电机的性能预测方法。我们还提出了进一步提高性能的措施（引入漩涡，优化了施加的磁场分布）。但是，根据工作条件的不同，电离不稳定性发生在发电机内部，并且准确的性能预测有限制。因此，制定了二维数值分析代码，以确定在非平衡等离子体中产生三种出现的排放模式的条件。上述结果在今年的国际会议（3个案例）和电气工程师研究所（1个案例）上提出。

项目成果

Hiroyuki YAMASAKI: "Performances of Disk CCMHD Generator with Small Area Ratio" Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology. 351-360 (1998)

Hiroyuki YAMASAKI：“小面积比盘式 CCMHD 发电机的性能”Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology。

Junji MASUDA: "Enthalpy Extraction and Adiabatic Efficiency of Closed Cycle Disk MHD Generator with Ar/Cs" Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM,207. (1998)

Junji MASUDA：“Ar/Cs 闭环盘 MHD 发生器的焓提取和绝热效率”Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM，207。

Masaaki OKUBO: "Numerical Studies on Improvement of Disk MHD Generator Performance" Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology. 309-316 (1998)

Masaaki OKUBO：“提高盘式 MHD 发电机性能的数值研究”Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology。

Hirokazu TAKAHASHI: "Numerical Studies on Improvement of Disk MHD Generator Performance" 33rd Intersociety Engineering Conference on Energy Conversion. (発表予定). (1998)

Hirokazu TAKAHASHI：“提高盘式 MHD 发电机性能的数值研究”第 33 届能源转换社会工程会议（即将发表）。

Masaaki OKUBO: "Numerical Simulation of Dischrage Structures in Ar/Cs Nonequilibrium Plasma MHD Generator" Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM,207. (1998)

Masaaki OKUBO：“Ar/Cs 非平衡等离子体 MHD 发生器放电结构的数值模拟”Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM，207。