盘式磁流体发电机中最佳种子份数变化规律研究

发布时间：2021-07-30 09:41

　　在磁流体发电机中,为了提高工质电导率,通常需要加入少量低电离电位的碱金属,即种子。前期研究表明,在一定工况下存在最佳种子份数使发电机性能最优。本文通过非稳态准一维数值模拟,研究了盘式磁流体发电工质电离、等离子体流动和发电机性能特性,获得了热源参数和磁感应强度对最佳种子份数影响的变化规律,提出较宽最佳种子份数变化范围的调控方法。模拟结果表明,对于所给定的发电通道,在热源条件一定时,随着磁感应强度增加,最佳种子份数及其变化范围减小,种子流量的控制越精确。当磁感应强度一定时,随着热源滞止压力降低,最佳种子份数几乎保持不变,而且,最佳种子份数的变化范围增大,降低了种子流量控制的要求。另外,磁感应强度越低,在较低的热源滞止压力条件下,最佳种子份数变化范围越宽。 

【文章来源】：电工电能新技术. 2020,39(11)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

等离子体马赫数沿径向分布

盘式磁流体发电机采用加入少量低电离电位的碱金属(称为种子)的惰性气体作为工质。通过增强种子电离，实现高电导率，可以在相对较低的惰性气体温度下高效地运行盘式磁流体发电机。种子份数(种子与惰性气体的摩尔比)是盘式磁流体发电机的重要参数之一。关于种子份数的影响，从准一维[10]、二维[11]和三维[12]的角度分别讨论了种子份数随时间变化和在平面内及空间内种子份数的不均匀性对等离子体行为及其发电机性能的影响。研究发现，种子份数在接近最佳条件时，等离子体结构几乎是均匀的，但在远离最佳值的情况下，由于种子材料的部分电离，观察到了非均匀、不稳定的等离子体结构，导致等离子体流动特性不均匀而显著降低发电机的性能。这表明，加种子等离子体的盘式磁流体发电机在一定工况下运行时，种子份数的高低对发电机的运行性能有着直接影响。通常，加种子等离子体的盘式磁流体发电机对种子份数要求精确。前期数值模拟[10-12]和实验研究表明[13-19]，加种子等离子体的盘式磁流体发电机在一定工况下存在最佳种子份数，使发电机性能最优。同时，发电机性能对种子份数非常敏感，发电机最优性能所需的种子份数变化范围非常窄，不利于发电机变工况运行。本研究采用非稳态准一维数值模拟，通过研究盘式磁流体发电机工质电离、等离子体流动和发电机性能特性，分析热源参数和磁感应强度对最佳种子份数影响的变化规律，提出较宽种子份数变化范围的调控方法。

盘式发电机的数值计算区域和计算条件如图2和表1。径向(r)从喷嘴入口到阴极出口。对于入口边界条件，喷嘴入口处滞止压力和滞止温度固定，气体的状态参数满足等熵关系，并设气体切向速度为零;喷嘴入口电子温度设为3 000K[20]。对于出口边界条件，指定阴极出口为自由流出。流场分析区域与电磁场分析区域一致，整个分析区域磁感应强度均匀分布，沿z向。假设壁面温度500 K[20]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]蓄电池-超级电容混合储能系统性能优化[J]. 柴秀慧,张纯江,柴建国,李艳,刚磊.  电工电能新技术. 2019(09)
[2]一种无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机[J]. 杜燕,赵韩广,张显创,苏建徽,杨向真,赖纪东.  电工电能新技术. 2019(07)



本文编号：3311174