ヘリウムを作動気体に用いた高流速化によるプラズマMHD発電機の性能向上

通过使用氦气作为工作气体提高流量来提高等离子体 MHD 发生器的性能

基本信息

批准号：
13750243
负责人：
村上朝之
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

平成14年度においては、衝撃波管駆動ディスク形MHD発電機を用いた発電実験において、作動気体を従来のAr/CsからHe/Csへと変えることで高い流速を得、発電性能を向上させるための実験を行った。その結果、高い発電性能を得たのみならず、発電プラズマの状態と発電性能に関する発展的な検討を行った。シード率、発電チャネル負荷抵抗値等の条件を変化させた発電実験を行い、断面積比の小さい同一発電チャネルを用いながら作動気体を変更する上での運転条件の差異に注目した結果、He/Csを作動気体とした場合には、Ar/Csを用いた場合と比較して、高いシード率を設定し電気伝導度を上昇させること、高い発電チャネル負荷抵抗値を設定し大きなホール電界強度を得ることが有効であることを明らかにした。特に、He/Csを作動気体とした場合には、澱み点圧力、超音速ノズル負荷抵抗値の変化が、等エントロピー効率及びエンタルピー抽出率に非常に大きな影響を与えることを明らかにした。本研究で用いたような小規模実験装置としては非常に高い等エントロピー効率45%ならびにエンタルピー抽出率15.9%を達成した。さらに、超音速プラズマ流体の流速が増加することに対応した高時間分解能電子温度計測手法を確立し、作動気体の違いに起因するプラズマ流体挙動の特徴、MHD相互作用等の物理現象の違いを詳細に検討することが可能になった。本研究のように、高い発電性能レベルにおいて、作動気体、プラズマ挙動、発電性能の密な関係を体系的に検討した例は過去にない。以上述べたように、工学的、物理的に従来研究からの大きな進展が得られたことはプラズマMHD発電研究において非常に意義の大きなことであったと考える。

在2002年，在使用冲击管驱动的磁盘型MHD发生器的发电实验中，我们通过将工作气体从常规AR/CS更改为HE/CS，并提高发电性能，进行了一个实验以获得高流量。结果，不仅是高发电性能的结果，而且还对发电等离子体的状态和发电性能进行了高级检查。我们进行了一项发电实验，其中改变了种子比和发电通道负载电阻值之类的条件，并集中在更改工作气体时的工作条件差异，同时使用具有较小的横截面比率的相同发电通道。我们发现，与使用AR/CS相比，当他/C是工作气体时，与使用AR/C时相比，设置更高的种子比并提高电导率并增加了更高的发电通道载荷值并获得大孔电场强度是有效的。特别是，当他/Cs用作操作气体时，揭示了停滞点压力的变化和超音速喷嘴载荷对等侧面效率和焓提取速率的影响很大。作为本研究中使用的小规模实验装置，它达到了45％的高等级效率，焓提取率为15.9％。此外，已经建立了高分辨率的电子温度测量方法，以适应超音速等离子流体的流速度的增加，并且已经有可能详细检查由操作气体差异引起的血浆流体行为的特征，以及在物理现象中的差异，例如MHD相互作用。就像在这项研究中一样，从未有一个系统的例子，即工作气体，等离子体行为和在高发电性能水平上发电性能之间存在密切的关系。如上所述，我认为，工程和物理的传统研究的巨大进步在等离子体MHD发电的研究中非常重要。