プラズマMHD発電機内流れに発生する非平衡電離衝撃波の構造の解明と発電性能の予測

等离子体 MHD 发生器内部流动中产生的非平衡电离冲击波结构的阐明和发电性能的预测

• 批准号: 09750185
• 负责人: 大久保 雅章
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Prefecture University (1998)Tokyo Institute of Technology (1997)
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750185/
• 关键词: 電磁流体力学; プラズマ; MHD発電; 衝撃波; 性能予測; スワール; 印加磁場; 電離不安定性

本研究は、超音速ディスク型プラズマMHD発電機の高性能化を目標とし、光学計測と数値シュミレーションにより、ディスク型MHD発電機内に発生する非平衡電離衝撃波の構造を解明するモデル化、ならびにその制御を行い、さらにはMHD発電し寸手宇の高精度な性能予測を行うことを目的とする。本年度の主な成果は以下のようにまとめられる。(実験的研究)現有の衝撃波駆動MHD発電流路により、高速度カメラ(現有)と分光装置(現有)による線スペクトルと再結合放射光の測定により、従来ほとんど計測のなされていなかったMHD発電流路ノズル部で発生する衝撃波の構造の実験的解明を行った。すなわち放電の写真撮影と計測により、衝撃波の発生とその構造をほぼ明らかにすることができた。さらには、以下に述べるシュミレーション結果との対比により、衝撃波の発生が電子温度の上昇に伴うアルゴン電離を伴うものであることを確認した。(理論的研究)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を発展させ、新発電機の高精度性能予測を行った。結果として、アルゴンを作動流体とする発電機に対して、幅広い運転条件での性能予測法を確立することができた。またさらなる性能向上のための方策(スワールの導入、印加磁場分布の最適化法)を提案した。しかしながら、運転条件によっては発電機内部で電離不安定性が発生し、準一次元の性能予測では限界がある。そこで二次元の数値解析コードを発展させ、非平衡プラズマ内で発生する三種類の放電パターンの発生条件を求めることができた。なお、以上の成果は今年度、国際会議(3件)、電気学会(1件)にて発表した。

This study aims at improving the performance of supersonic MHD generators, analyzing the structure of non-equilibrium ionization shock waves generated in supersonic MHD generators by optical measurement and numerical control, and predicting the performance of MHD generators with high accuracy. The main results of the year are as follows. (Practical research) The current shock wave MHD transmission circuit, high speed differential (existing), spectroscopic device (existing), line selection, and measurement of radiation light are used to analyze the structure of the shock wave generated in the MHD transmission circuit. The structure of shock wave generation and measurement The results of the shock wave generation and electron temperature rise are confirmed. (Theoretical study) The TVD method for supersonic radial flow is used to calculate and develop the performance prediction of new motors. The results show that the performance prediction method of the motor and the amplitude of the driving fluid is established. A method for improving the performance of the system is proposed, such as introduction of the system and optimization of magnetic field distribution. Ionization instability occurs in the motor under operating conditions, and performance prediction of quasi-primary elements is limited. The three kinds of conditions for the development of the two-dimensional numerical analysis system The above achievements were presented at this year's International Conference (3) and the Institute of Electrical Engineering (1).

项目成果

Hiroyuki YAMASAKI: "Performances of Disk CCMHD Generator with Small Area Ratio" Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology. 351-360 (1998)

Hiroyuki YAMASAKI：“小面积比盘式 CCMHD 发电机的性能”Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology。

Junji MASUDA: "Enthalpy Extraction and Adiabatic Efficiency of Closed Cycle Disk MHD Generator with Ar/Cs" Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM,207. (1998)

Junji MASUDA：“Ar/Cs 闭环盘 MHD 发生器的焓提取和绝热效率”Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM，207。

Masaaki OKUBO: "Numerical Studies on Improvement of Disk MHD Generator Performance" Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology. 309-316 (1998)

Masaaki OKUBO：“提高盘式 MHD 发电机性能的数值研究”Proc.of 1998 Int.Symp.on Advanced Energy Technology。

Masaaki OKUBO: "Numerical Simulation of Dischrage Structures in Ar/Cs Nonequilibrium Plasma MHD Generator" Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM,207. (1998)

Masaaki OKUBO：“Ar/Cs 非平衡等离子体 MHD 发生器放电结构的数值模拟”Proc.33rd Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.CD-ROM，207。

Masaaki OKUBO: "Numerical Simulation of Dischrage Structures in Ar/Cs Nonequilibrium Plasma Disk MHD Generator" Proc.Int.Symp.on Computational Technologies for Fluid/thermal/Chemical systems with Industrial Applications. 1. 167-173 (1998)

Masaaki OKUBO：“Ar/Cs 非平衡等离子体盘 MHD 发生器中放电结构的数值模拟”Proc.Int.Symp.on 工业应用流体/热/化学系统的计算技术。