プラズマMHD発電機内流れにおける非平衡電離緩和過程の解明と発電性能の予測

本研究では超音速ディスク型プラズマMHD発電機の高性能化、特に断熱効率の向上を目標に、高解像度差分法による数値シミュレーションと計測を行い、性能予測のために非常に重要な非平衡電離緩和過程の解明と性能向上のために発電機に要求される条件を数値的に予測することを目的とした。本研究での成果は以下のように要約される。(1)申請者によって発展された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により、東工大原子炉工学研究所に設置されている非平衡プラズマMHD発電機の従来以上の高精度性能予測(発電効率、圧力損失など)を可能とした。計算には、本研究費で購入したワークステーションを用いた。(2)計算コードにおける基礎方程式は圧縮性MHD流れの基礎方程式の他に電子系の方程式系,電磁場の方程式系であり、これらを連立して解く手法の開発と、従来のTVD法の改変を行った。その結果、MHD衝撃波のより詳細な構造が明らかとなり、衝撃波により相当大きな全圧損失が発生していることを示した。(3)従来ほとんど計測のなされていなかたMHD発電流路ノズル部での電離緩和過程の計測を行った。具体的には、磁場下でのスロートとノズル内での全圧、静圧の測定と電子温度、電子数密度の光学計測などを行い、発生した衝撃波の写真観測も行った。これらの測定結果からノズル内での流体特性の情報を増やし、性能予測プログラムの高精度化のための基礎資料を得ることができた。

本研究では超音速ディスク型プラズマMHD発電機の高性能化、特に断熱効率の向上を目標に、高解像度差分法による数値シミュレーションと計測を行い、性能予測のために非常に重要な非平衡電離緩和過程の解明と性能向上のために発電機に要求される条件を数値的に予測することを目的とした。本研究での成果は以下のように要約される。(1)申請者によって発展された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により、東工大原子炉工学研究所に設置されている非平衡プラズマMHD発電機の従来以上の高精度性能予測(発電効率、圧力損失など)を可能とした。計算には、本研究費で購入したワークステーションを用いた。(2)計算コードにおける基礎方程式は圧縮性MHD流れの基礎方程式の他に電子系の方程式系,電磁場の方程式系であり、これらを連立して解く手法の開発と、従来のTVD法の改変を行った。その結果、MHD衝撃波のより詳細な構造が明らかとなり、衝撃波により相当大きな全圧損失が発生していることを示した。(3)従来ほとんど計測のなされていなかたMHD発電流路ノズル部での電離緩和過程の計測を行った。具体的には、磁場下でのスロートとノズル内での全圧、静圧の測定と電子温度、電子数密度の光学計測などを行い、発生した衝撃波の写真観測も行った。これらの測定結果からノズル内での流体特性の情報を増やし、性能予測プログラムの高精度化のための基礎資料を得ることができた。