シード物質を用いない希ガス凍結プラズマMHD発電に関する研究

不使用种子材料的稀有气体冷冻等离子体MHD发电研究

基本信息

批准号：
12780359
负责人：
小林宏充
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Keio University
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

クローズドサイクルMHD発電では、作動気体として電離しにくい希ガスに電離しやすいアルカリ金属を微量添加(シード)したものを用いているが、クローズドサイクル実現のためにはシード物質の回収が不可欠である。これを改善する方法として発電機入口で予備電離の必要があるが、シード物質を用いず希ガスプラズマの再結合が非常に遅いことを利用した凍結希ガスプラズマMHD発電の可能性を提案した。そこで、これまでのヘリウムにセシウムをシードしたMHD発電機(SEED発電機)とヘリウムのみを作動気体とした凍結希ガスプラズマMHD発電機(FIP発電機)についてディスク形発電機を対象としてr-θ2次元数値計算を用いて比較検討した結果、以下のことが明らかとなった。エンタルピー抽出率25%、等エントロピー効率60%を達成する入口電離度や負荷抵抗の運転条件の範囲はどちらもほぼ同じであり、FIP発電機の入口予備電離電力を無視すると最大エンタルピー抽出率はSEED発電機の場合とほぼ同じである。FIP発電機において、最適入口電離度より低い入口電離度では発電機内の電子温度は低下するが、その凍結プラズマは維持される。その際、SEED発電機ではシード弱電離不安定性に起因して非定常なプラズマの非一様構造が現れ、発電性能が低下するのに対して、FIP発電機ではプラズマは定常かつその構造は維持されるが、電気伝導度は低下するので性能は劣化する。一方、最適入口電離度より高い入口電離度では、両発電機ともに発電機入口での強いローレンツ力に起因して発電性能は劣化するが、FIP発電機における発電機入口での電子数密度の不均一は不安定性を引き起こすことはない。最後に、高い発電性能を得るためにはSEED発電機においてシード率の正確な制御が必要であるのと同様に、FIP発電機でも入口予備電離度を正確に制御することが必要であることがわかった。

在闭合循环MHD发电中，一种难以电离的罕见气体用作操作气体，该气体很容易用痕量的碱金属电离（易于电离）添加（种子），但为了实现封闭周期，必不可少的种子材料的恢复是必不可少的。为了改善这一点，有必要预先将发电机入口定为电程，但是我们提出了降低贵族气体血浆MHD发电的可能性，利用了如果没有种子材料，高贵的气体血浆重组非常缓慢。因此，使用R-θ2D数值计算进行比较并检查了先前使用的MHD发电机（种子发生器），该计算器（种子发生器）带有Cesium seed氦气和冷冻稀有气体血浆MHD MHD发生器（FIP发生器）仅使用R-θ2D数值计算的操作气体。入口电离度和载荷电阻的工作条件，达到25％的焓提取率，等entropy效率为60％，均大致相同范围，并且当忽略了FIP生成器的入口预离子电离功率时，最大焓提取速率与种子发生器相同。在FIP发电机中，发电机内的电子温度在入口电离水平下降低低于最佳入口电离水平，但保持冷冻血浆。在这种情况下，由于种子弱电离不稳定性而出现了不稳定血浆的不均匀结构，导致发电性能的恶化，而FIP发电机保持了血浆及其结构，但是电导率降低，并且性能恶化。另一方面，在高于最佳入口电离水平的进气电离水平下，由于发电机入口处强大的Lorentz力，两种发电机都会恶化发电性能，但是FIP生成器中发电机入口处电子数密度的不均匀性并不会导致不稳定。最后，已经发现，同样准确地控制种子发生器中的种子速率以获得高发电性能，有必要准确控制FIP发电机中的入口预电之前。