分段法拉第型磁流体发电通道热电特性分析

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• 论文作者：段成铎 ; 李益文 ; 张百灵 ; 王宇天 ; 张磊 ; 庄重
• 年：2016
• 作者机构：空军工程大学航空航天工程学院等离子体动力学重点实验室;西北工业大学航天学院燃烧热结构与内流场重点实验室;
• 论文关键词：磁流体发电 ; 分段法拉第磁流体发电通道 ; 二阶熵格式 ; 热电特性
• 会议召开时间：2016-10-20
• 会议录名称：第九届全国流体力学学术会议论文摘要集
• 语种：中文
• 分类号：V242
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第九届全国流体力学学术会议
• 会议地点：中国江苏南京
• 主办单位：中国力学学会流体力学专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：1
• 文件大小：46k
• 原文格式：O
• 会议级别：全国

摘要

磁流体(MHD)发电是解决高超声速飞行器机载设备供电问题的潜在途径之一。由于缺少旋转部件,传统发电方式无法运用于使用冲压发动机的高速飞行器,而磁流体可以直接从高焓工质中提取电能,因而在高速飞行器研究与制造领域有着广泛的运用前景。磁流体发电按照发生器结构分类可分为盘式与通道式两种,对于通道式磁流体发电而言,发电通道是实现功率提取的关键部件,因此研究发电通道的性能十分重要。发电通道有四种经典构型,由经验可知,分段法拉第型磁流体发电通道结构简单,易于在工程上实现,且功率提取效率较高,因此,本文选用分段法拉第型磁流体发电通道作为研究对象,探究发电通道在工作时的热电特性。在实际工作时,磁流体发电通道内存在复杂的多场耦合问题,能量以不同的形式相互转化。本文立足于现有试验条件,通过进行磁流体发电通道的一维与三维数值计算,对通道内电场,磁场和流场的耦合机理以及电能与热能的转化机理进行了探究。一维计算采用龙格-库塔方法求解,三维计算采用二阶熵格式进行求解,分析计算结果,得到如下结论:在试验条件下,由一维分析可知,通道内工质流动速度沿流向方向减少100m/s,温度升高102K,压力升高18000Pa;通道出口处工质速度减少,温度升高,说明工质动能减少,相应转化为电能与焦耳热;由三维分析可知,发电通道绝缘段Hartmann层内会产生大涡电流,在通道角落处会产生小涡电流,相比于电极段,绝缘段电流密度较小,宏观体现为发电通道的漏电效应;发电通道电极段y方向电流密度较大,发电效果明显,电势极大值在电极边缘取得。对应的,通道角落将产生较大涡电流,通道电极处将产生大量焦耳热。

引文