CO_2回収式強相互作用MHD発電機内高速プラズマ動作の安定性に関する研究

本年は、前年に開発した、CO_2液化回収式発電システム用MHD発電機の1次元安定性解析手法を用い、安定性解析を行うとともに、2次元安定性解析手法の開発を行った。まず、同システム用MHD発電機として有力な、石炭酸素燃焼遷音速ディスク形発電機の、円筒衝撃波を含めた1次元線形安定性解析を行った。解析対象は熱入力1100MWおよび2000MWの2種類の遷音速ディスク形MHD発電機とした。液体出口境界条件として、総圧一定または静圧一定条件とし、負荷条件としては、定電圧負荷、定電流負荷、または抵抗負荷条件とした。安定性解析の結果、熱入力1100MW機、2000MW機とも、上記の全ての運転条件で安定に動作することが示された。次に、上記の線形安定性解析の結果を検証するため、Chakravarthy-OsherのTVDスキームによる、遷音速ディスク型MHD発電機の時間依存解析コードを開発し、非定常解析を行った。その結果、上述の全ての運転条件について安定性が確認された。すなわち、円筒衝撃波は発電チャネル内に安定に存在し、かつ、設計通りの高い発電出力が得られた。ただし、本研究で開発された線形安定性解析手法は、時間依存解析よりはるかに短い計算時間で安定性を解析できるとともに、安定余裕度を調べることも可能であり、その有効性は大きい。次に、本1次元安定性解析手法を拡張して2次元解析手法を開発した。円周方向に周期的な擾乱を仮定し、2次元の変分方程式を導出する。円筒衝撃波の境界条件のランキン-ユゴニオ条件式を2次元で記述し、また、電磁界および流体の境界条件を与えることにより安定性を決定する特性方程式を得る。

本年は、前年に開発した、CO_2液化回収式発電システム用MHD発電機の1次元安定性解析手法を用い、安定性解析を行うとともに、2次元安定性解析手法の開発を行った。まず、同システム用MHD発電機として有力な、石炭酸素燃焼遷音速ディスク形発電機の、円筒衝撃波を含めた1次元線形安定性解析を行った。解析対象は熱入力1100MWおよび2000MWの2種類の遷音速ディスク形MHD発電機とした。液体出口境界条件として、総圧一定または静圧一定条件とし、負荷条件としては、定電圧負荷、定電流負荷、または抵抗負荷条件とした。安定性解析の結果、熱入力1100MW機、2000MW機とも、上記の全ての運転条件で安定に動作することが示された。次に、上記の線形安定性解析の結果を検証するため、Chakravarthy-OsherのTVDスキームによる、遷音速ディスク型MHD発電機の時間依存解析コードを開発し、非定常解析を行った。その結果、上述の全ての運転条件について安定性が確認された。すなわち、円筒衝撃波は発電チャネル内に安定に存在し、かつ、設計通りの高い発電出力が得られた。ただし、本研究で開発された線形安定性解析手法は、時間依存解析よりはるかに短い計算時間で安定性を解析できるとともに、安定余裕度を調べることも可能であり、その有効性は大きい。次に、本1次元安定性解析手法を拡張して2次元解析手法を開発した。円周方向に周期的な擾乱を仮定し、2次元の変分方程式を導出する。円筒衝撃波の境界条件のランキン-ユゴニオ条件式を2次元で記述し、また、電磁界および流体の境界条件を与えることにより安定性を決定する特性方程式を得る。