石炭燃焼MHD発電方式における電気的非一様性の制御及び強い相互作用の研究

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1.本年度は実用上より重要と思われるダイアゴナル型発電機内の電気的非一様性について検討した。代表的発電機として米ソ協力により運転され多大の成果が得られたが非一様性の検討は手つかずのままになっているU25BMHD発電実験装置について検討を加える。電極近傍の非線型特性を考慮した等価回路法を用いて解析することにより電極電流、電極間電位差の非一様性を再現することができた。実験では電極間電位差の分布が測定されており、非一様性のピッチ、その大きさ共に数値解析結果と実験結果はよく一致していることが分った。この結果、U25B装置で見い出された電気的非一様性は電極近傍アーク通電による非線型性によってもたらされたものと推定できる。2.次に電磁界と流体との強い相互作用に関する研究であるが、次期開発ステップである熱入力100MW級電気出力10MW級のMHD発電機について多面的に検討している。(1).入口温度乱れの影響 MHD発電機内には種々の乱れが誘起されており、それらの乱れがMHD発電機の動作特性に与える影響を時間依存ナビエストークス方程式、マックスウェル方程式、オームの式を一次元近似した方程式を解くことにより検討した。その結果、超音速ダイアゴナル型発電機ではショックが発生する可能性のあることが分った。(2).ファラデー型発電機における少数負荷短絡事故の検討 ファラデー型発電機において多数の負荷のうち少数の負荷が短絡事故を起こした場合、大電流が流れ大事故となる可能性がある。本年度はまず、電子技術総合研究所のETL-Mark【VII】装置をガラーキン有限要素法を用いて2次元的に解析し実験結果と比較した。小型発電機においても短絡事故により正常時の約9.4倍の電流が流れることが分った。これらの結果は電磁界と流体との2次元的相互作用を考慮していないモデルを用いて得られた。