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

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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。