シードフリー環境適合型クリーンＭＨＤ発電機の実用化に向けた基盤研究

无种子、环境兼容的清洁磁流体发电机实际应用的基础研究

• 批准号: 15J09433
• 负责人: 田中 学
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J09433/
• 关键词: MHD発電; シードフリー; 環境適合型

本研究の二年度目となる本年度はさらなる動作温度の低減による連続運転が可能なシードフリーMHD発電の実現を目指して，高周波電磁界による作動流体の予備電離のプラズマ流体挙動の検討と，予備電離に必要とされる電力と発電出力のバランスの検討を行った。高周波電磁界による作動流体の予備電離は，連続運転が可能な2500K程度の作動流体中の電子の温度のみを高周波電磁界により増加させで作動流体を電離させるものであり，作動流体の温度は2500K程度のままであることから連続運転が可能となる。このとき高周波電磁界を作動流体に印加する方法には様々あるが，本研究では従来のシードプラズマ方式でも採用されていた誘導コイルによる高周波電磁界の印加について，シードフリーMHD発電の適用の検討を行った。この検討は実験並びに数値解析の2つの方法で平行して行うことにより，実験による実現象の解明と，数値解析による実験では計測の難しいパラメータを含めた詳細な現象の考察に取り組んだ。その結果，予備電離希ガスプラズマMHD発電における予備電離において低定格電圧の電源によりH-mode放電を実現する上ではコイル幅は狭く設計されるべきであることがわかり，予備電離を亜音速流中と超音速流中のいずれで行うかについては境界層の影響に伴うプラズマの生成位置ならびに力率や斜め衝撃波の影響を考慮すべきであることが示された。ディスク形状ホール形発電機による連続運転が可能なシードフリーMHD発電において必要とされる予備電離電力と発電出力のバランスの数値的検討から，予備電離希ガスプラズマMHD発電においてノズルによる自励的ジュール加熱による電離度増幅を加えることで低い予備電離電力で高い発電性能(E.E.=25%,I.E.=65%)が実現できることが示された。

今年，这项研究的第二年旨在实现无种子的MHD发电，该发电能够通过进一步降低工作温度来持续运行，我们研究了由于高频电磁场而导致的工作流体预电之前的等离子体流体行为，并检查了预电之前所需的电力和电力产生之间的平衡之间的平衡。使用高频电磁场对工作流体进行预取离，涉及增加约2500K的工作流体中电子温度，可以通过增加高频电磁场的工作流体温度来连续操作，并且工作流体的温度保持在大约2500K的工作，从而使工作均保持连续性。目前，有多种方法用于在工作流体上应用高频电磁场，但是在这项研究中，我们研究了使用高频电磁场使用感应线圈应用无种子的MHD发电的应用，这些电磁场也用于传统的种子等离子体方法。这项研究是使用两种方法并行进行的：实验和数值分析，并通过实验来阐明实际现象并检查详细现象，包括使用数值分析难以测量的参数。结果，发现应将线圈宽度设计为狭窄，以实现H模式放电，在罕见的气体血浆MHD MHD发电预电之前的电离预电之前的电压供应低，并且由于边界层的影响和偏向于冲击波的影响，因此在降低边界层的影响或越来越多的情况下，应在考虑到流动的影响时产生的等离子体的位置。 Numerical examination of the balance between the pre-ionized power and the power generation output required for seed-free MHD power generation, which can be operated continuously with a disk-shaped hole-type generator, showed that high power generation performance (E.E.=25%, I.E.=65%) can be achieved with low pre-ionized power by adding ionization degree amplification by self-excited Joule heating with a nozzle in pre-ionized rare gas等离子体MHD发电。

项目成果

Numerical Simulation of Performance of a High Temperature Inert Gas Plasma Faraday-type MHD Generator

高温惰性气体等离子体法拉第型磁流体发生器性能的数值模拟

• DOI: 10.2514/3.7989
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Propulsion and Power
• 影响因子: 1.9
• 作者: 亀井 竣輔;首藤 剛;甲斐 広文;M.Tanaka，T.Murakami，Y.Okuno
• 通讯作者: M.Tanaka，T.Murakami，Y.Okuno

Numerical Simulation of Performance of a High Temperature Inert Gas Plasma Faraday-type MHD Generator with Various Working Gases

多种工作气体高温惰性气体等离子体法拉第型磁流体发生器性能数值模拟

• 发表时间: 2015
• 作者: M.Tanaka;Y.Okuno
• 通讯作者: Y.Okuno

シードフリーファラデー形MHD 発電機の発電特性の数値解析

无籽法拉第型磁流体发电机发电特性数值分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 鶴岡美緒;田中 学，奥野喜裕
• 通讯作者: 田中 学，奥野喜裕

Development of Seed-Free Pure Inert Gas Plasma MHD Electrical Power Generation

无种子纯惰性气体等离子体 MHD 发电的开发

• 发表时间: 2016
• 作者: M.Tanaka;Y.Okuno
• 通讯作者: Y.Okuno

高温希ガスプラズマファラデー形MHD発電機の発電特性の作動気体依存性

高温稀有气体等离子体法拉第型磁流体发生器发电特性的工作气体依赖性

• 发表时间: 2015
• 作者: 趙亮，田中学，奥野喜裕