磁流体动力发电机

磁流体动力发电机，一种能产生电能的设备电力通过运动流体(通常是电离气体或液体)的相互作用等离子体)和a磁场．磁流体动力(MHD)发电厂提供了大规模发电的潜力，减少对环境的影响环境．自1970年以来，有几个国家已经采取了行动磁流体动力研究方案的使用，特别强调煤炭作为燃料。MHD发电机在产生大电功率脉冲方面也很有吸引力。

MHD发电的基本原理非常简单。典型地，导电气体是在高压下通过燃烧产生的化石燃料．然后气体被引导通过磁场，产生一个电动势在它之内按照法拉第感应定律(以19世纪英国物理学家和化学家命名迈克尔·法拉第)．MHD系统构成热机一种热机，包括气体从高到的膨胀低压采用与传统燃气涡轮发电机类似的方法(看到数字)．在汽轮发电机中，气体与叶片表面相互作用来驱动涡轮涡轮而附加的发电机．在MHD系统中动能当气体膨胀时，大部分气体直接转化为电能。

对MHD发电的兴趣最初是由观察到等离子体与磁场的相互作用可以在比旋转机械涡轮机可能发生的更高的温度下发生而激发的。从极限性能的角度来看效率在19世纪早期，法国工程师在热机中建立了萨迪卡诺．的卡诺循环，建立了最大理论效率对于热机，是由热源温度与冷汇温度之差除以热源温度而得。例如，如果源温度为3,000 K(约2,700°C，或4,900°F)，汇温度为300k(约30°C，或85°F)，最大理论效率将为90%。考虑到有限引入的低效率传热在实际热机中，采用MHD发电机的系统可提供60%至65%范围内的最终效率。这比现代传统电厂所能达到的35%到40%的效率要好得多。此外，MHD发电机产生的污染物比传统发电厂少。然而，MHD系统较高的建设成本限制了它们的采用。

操作原理

MHD发生器的基本结构如图所示数字．在MHD发生器中，热气体通过喷嘴加速并注入通道。一个强大的磁场被设置在通道的对面。根据法拉第定律感应,一个电场在垂直于气体流动和磁场的方向上起作用。平行于磁场的沟道壁起着电极并使生成器能够提供电流连接到外部电路。

MHD发生器每立方米通道体积的输出功率与气体导电性的乘积、气体速度的平方以及气体所经过的磁场强度的平方成正比。MHD发电机具有良好的性能和合理的物理运行竞争力维，等离子体的导电性必须在约1800 K(约1500°C，或2800°F)以上的温度范围内。燃气轮机动力系统的涡轮叶片无法在这样的温度下工作。适当的电导率值- 10到50西门子如果向高温气体中注入一种质量约为1%的添加剂，就可以达到每米。这种添加剂是容易电离的碱材料，例如铯碳酸钾，或钠，被称为“种子”。铯的电离电位最低(3.894电子伏)，而钾的电离电位较低(4.341电子伏)。尽管种子材料的数量很少，但经济运行要求提供一个系统来回收尽可能多的种子材料。

带着种子的高温气体的压力高达几百万帕斯卡．它是加速通过喷嘴以每秒1000到2000米(约3300到6600英尺)的速度喷射。然后气体进入通道或管道，磁场施加在通道或管道上。为了生产一个有竞争力的MHD系统，这个磁场必须有高强度。通常,一个超导磁铁被用来提供3到5的磁场特斯拉S穿过海峡。在垂直于流体和磁场方向的电动势被设置，与磁场平行的壁面充当电极，向外部提供电流电路．通道的其余两个壁是电绝缘体。从理论上讲，一个MHD系统的气体导电性为25西门子/米，平均磁场为3特斯拉，平均气体速度为每秒1000米，能够用a密度约为每立方米2.5亿瓦的通道容积。

等离子体MHD发生器的一个复杂特征是出现发音霍尔效应．这是由于电子在磁场和电场同时存在时的行为。等离子体中电子的迁移率比离子高得多。当负载电流流过通道时，电流中的电子会受到沿通道方向的力。这就是霍尔效应——以其发现者——美国物理学家埃德温·h·霍尔的名字命名。由于这种效应，电流以一定的角度流过沟道。一个额外的电场，叫做堂场，是沿路建立的轴通道的。这反过来要求要么电极壁在典型的发电机配置(看到数字)被构造来支持这个霍尔场，或者霍尔场本身被用作输出来驱动电流通过MHD系统外部的电路。

为了适应霍尔效应，已经设计了许多发电机配置。在一个法拉第发电机的A部分所示数字时，电极壁被分割并相互绝缘，以支撑轴向电场，并以一系列负载的形式将电能取出。在备用配置称为霍尔发生器，如图B部分所示，通道各扇区的法拉第场都是短路的，扇区是串联的。这允许在通道的两端之间连接一个单一的电力负载。进一步的发电机配置显示在图的C部分。考虑通道中不同位置的电势，可以观察到等电势沿斜线穿过绝缘体壁，电极可以适当交错以匹配等电势。这些电极的串联对角线发电机允许使用单一电力负荷。

一个有吸引力的替代图B部分的线性霍尔发生器是磁盘发电机如图D部分所示。在这种配置中，负载电流沿径向流动，短路法拉第电流沿闭合的环形路径流动。霍尔输出出现在中心和外围磁盘的。当使用非平衡电离时，这种圆盘发生器是有吸引力的。