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

等离子体 MHD 发生器流中非平衡电离弛豫过程的阐明和发电性能的预测

• 批准号: 08750192
• 负责人: 大久保 雅章
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750192/
• 关键词: 電磁流体力学; プラズマ; MHD発電; 電離緩和; 発電効率; TVD法; 衝撃波

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。

This study aims to improve the performance of supersonic MHD generators by using high-resolution differential method, numerical value measurement, performance prediction, and numerical value prediction. The results of this study are as follows: (1)The applicant developed the TVD method for supersonic radial flow to calculate the performance prediction of MHD generators. The Institute of Atomic Furnace Engineering, Tokyo University of Technology has set up a system for high-precision performance prediction (transmission efficiency, pressure loss) of MHD generators. The calculation of the cost of this study is based on the following: (2)The fundamental equations for calculating the electromagnetic field, the fundamental equations for calculating the compressible MHD flow, the equations for calculating the electron system, the equations for calculating the electromagnetic field, and the equations for calculating the electromagnetic field. As a result, the detailed structure of MHD shock wave is clear, and the shock wave is quite large. The total pressure loss is generated. (3)Measurement of ionization mitigation processes in the MHD transmission circuit The measurement of total pressure and static pressure in a magnetic field, the optical measurement of electron temperature and electron density, and the photographic measurement of shock waves are described in detail. The measurement results of this paper include the information of fluid characteristics in the sample, the basic data of high precision of performance prediction, etc.

项目成果

M.SUZUKI: "Discharge Structure of Nonequilibrium Plasma in Disk MHD Generator with Ar/Cs" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 176-185 (1996)

M.SUZUKI：“Ar/Cs 盘式 MHD 发生器中非平衡等离子体的放电结构”Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation。

M.OKUBO: "Numerical Prediction on Performance of Closed Cycle Disk MHD Generator" Proc.31st Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.2. 842-847 (1996)

M.OKUBO：“闭环盘 MHD 发电机性能的数值预测”Proc.31st Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.2。

大久保雅章: "数値解析によるディスク型プラズマMHD発電機の性能予測" 電気学会論文誌. 117B-1. 122-129 (1997)

Masaaki Okubo：“通过数值分析预测盘式等离子体 MHD 发生器”，日本电气工程师学会会刊 117B-1（1997 年）。

L.KUSHIDA: "Three-Dimensional Numercal Simulation of Pressure Loss Mechanism in Supersonic Radial Flow" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 2. 914-923 (1996)

L.KUSHIDA：“超音速径向流压力损失机制的三维数值模拟”Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation。