プラズマMHD発電機内流れにおける非平衡電離緩和過程の解明と発電性能の予測

等离子体 MHD 发生器流中非平衡电离弛豫过程的阐明和发电性能的预测

• 批准号: 08750192
• 负责人: 大久保 雅章
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750192/
• 关键词: 電磁流体力学; プラズマ; MHD発電; 電離緩和; 発電効率; TVD法; 衝撃波

本研究では超音速ディスク型プラズマMHD発電機の高性能化、特に断熱効率の向上を目標に、高解像度差分法による数値シミュレーションと計測を行い、性能予測のために非常に重要な非平衡電離緩和過程の解明と性能向上のために発電機に要求される条件を数値的に予測することを目的とした。本研究での成果は以下のように要約される。(1)申請者によって発展された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により、東工大原子炉工学研究所に設置されている非平衡プラズマMHD発電機の従来以上の高精度性能予測(発電効率、圧力損失など)を可能とした。計算には、本研究費で購入したワークステーションを用いた。(2)計算コードにおける基礎方程式は圧縮性MHD流れの基礎方程式の他に電子系の方程式系,電磁場の方程式系であり、これらを連立して解く手法の開発と、従来のTVD法の改変を行った。その結果、MHD衝撃波のより詳細な構造が明らかとなり、衝撃波により相当大きな全圧損失が発生していることを示した。(3)従来ほとんど計測のなされていなかたMHD発電流路ノズル部での電離緩和過程の計測を行った。具体的には、磁場下でのスロートとノズル内での全圧、静圧の測定と電子温度、電子数密度の光学計測などを行い、発生した衝撃波の写真観測も行った。これらの測定結果からノズル内での流体特性の情報を増やし、性能予測プログラムの高精度化のための基礎資料を得ることができた。

这项研究旨在通过使用高分辨率差异方法进行数值模拟和测量值来改善超音速磁盘等离子MHD发电机的性能，尤其是提高热绝缘效率的性能，并在数值上预测发电机所需的条件。这项研究的结果总结如下：（1）使用申请人开发的超音速径向流量的TVD方法对MHD发生器的性能预测的计算代码使得预测在东京Teky Tech的核反应器工程实验室更准确地说，在东京Tech上安装的非平衡等离子体MHD MHD发电机的性能（例如，更准确地）（例如，压力损失效率，等等）。使用研究基金购买的工作站进行计算。 （2）除了可压缩的MHD流的基本方程外，计算代码中的基本方程是电子系统和电磁场方程系统。我们已经开发了一种以同时方式解决这些方法的方法，并修改了常规TVD方法。结果，揭示了MHD冲击波的更详细的结构，表明由于冲击波而产生了相当大的总压力损失。 （3）在MHD电流路径喷嘴上测量了电离弛豫过程，在大多数情况下尚未测量。具体而言，测量了磁场下的喉咙和喷嘴内的总压力，并测量了静压，并测量了电子温度和电子数量密度，还观察到产生的冲击波的照片。这些测量结果使我们能够增加喷嘴内流体特性的信息，并获得基本材料以提高性能预测计划的准确性。

项目成果

M.SUZUKI: "Discharge Structure of Nonequilibrium Plasma in Disk MHD Generator with Ar/Cs" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 176-185 (1996)

M.SUZUKI：“Ar/Cs 盘式 MHD 发生器中非平衡等离子体的放电结构”Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation。

M.OKUBO: "Numerical Prediction on Performance of Closed Cycle Disk MHD Generator" Proc.31st Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.2. 842-847 (1996)

M.OKUBO：“闭环盘 MHD 发电机性能的数值预测”Proc.31st Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.2。

大久保雅章: "数値解析によるディスク型プラズマMHD発電機の性能予測" 電気学会論文誌. 117B-1. 122-129 (1997)

Masaaki Okubo：“通过数值分析预测盘式等离子体 MHD 发生器”，日本电气工程师学会会刊 117B-1（1997 年）。

L.KUSHIDA: "Three-Dimensional Numercal Simulation of Pressure Loss Mechanism in Supersonic Radial Flow" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 2. 914-923 (1996)

L.KUSHIDA：“超音速径向流压力损失机制的三维数值模拟”Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation。