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

基本信息

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

项目摘要

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。

今年是这项研究的第二年，旨在通过进一步降低运行温度来实现可连续运行的无种子磁力驱动发电，我们研究了为此目的所需的电力和发电输出之间的平衡。通过高频电磁场对工作流体进行初步电离是一种通过使用高频电磁场仅将工作流体中电子的温度升高至约2500K来电离工作流体的方法，该方法允许连续操作由于温度保持在一定水平，因此可以连续运行。此时，向工作流体施加高频电磁场的方法有多种，但在本研究中，我们将考虑使用感应线圈来施加高频电磁场，这也用于传统的种子等离子体法，以无种子MHD发电方式进行。通过使用实验和数值分析两种方法并行进行这项研究，我们致力于通过实验阐明实际现象，并考虑详细的现象，包括使用数值分析在实验中难以测量的参数。结果发现，在稀有气体等离子体MHD发电中，为了在预电离期间使用低额定电压电源实现H模式放电，应将线圈宽度设计得较窄。在决定是在超音速流中还是在超音速流中进行该过程时，应考虑由于边界层的影响而产生的影响，以及功率因数和斜激波的影响。通过对使用盘形霍尔型发生器可连续运行的无种子 MHD 发电所需的预电离功率和发电输出之间的平衡进行数值研究，使用预电离喷嘴的自激焦耳加热进行了电离稀有气体等离子体MHD发电，结果表明，通过增加电离度放大，可以以较低的预电离功率实现高发电性能（E.E.=25%，I.E.=65%）。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
趙亮，田中学，奥野喜裕
通讯作者：
趙亮，田中学，奥野喜裕

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An Effect of Thermal Molecular Motion on Carrier Formation Kinetics of Poly(3-alkylthiophene) in Thin Film