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.石炭燃焼MHD発電方式において、石炭スラグは断熱性が良いため、熱損失が少なくなり、電極が保護されるという効果がある。一方スラグのイオン電導性のため、スラグの分極化が起こり陰極側に電気的非一様性が発生する。この電気的非一様性を外部制御回路により抑制し、発電機の耐久性、性能を向上させることを提案している。まず、ダイアゴナル形MHDチャネルの各電極対を、トランス、コンデンサ、GTOなどのスイッチング素子により構成される外部回路により制御することを提案した。本年は特に、外部制御回路(シャフラ-回路)を用いることにより、原理的には無損失で電力を移行し、外部からみるとダイアゴナル形、発電機内部からみるとファラデ-形として運転するシャフラ-制御に関して、昨年度提案した新回路を時間依存2次元コ-ドを用いてMHD発電機との相互作用、回路の動作特性を解析検討した。さらに、石炭スラグによってMHD発電機内に誘起される電気的非一様性のモデルを提案し、時間依存2次元コ-ドに組み込んで解析を行い、実験結果をよく再現できることを示した。2.マックスウェル方程式と時間依存2次元圧縮性ナビエストクス方程式を連立して解くコ-ドを開発し、次のことを明らかにした。すなわち、電磁界と流体の相互作用が強くなると、電極近傍におけるジュ-ル加熱が増大し、局所的にガス温度が非常に上昇する。このとき隣接電極間に短絡が発生し、発電性能が低下するとともに、電極の寿命を短くするが、これまでは世界的にも数値解析に成功していなかった。本年の研究により、なお初歩的ではあるが世界で初めて隣接電極間短絡の解析に成功した。隣接電極間短絡は流体の流れにも大きく影響することが示されており、場合によっては境界層剥離の生ずることも分かった。今後、隣接電極間短絡を防ぐ方法についても検討する予定である。