磁流体发电机的原理及应用

磁流体发电机的原理及应用

刘升

随着人们对环保要求的提高，人们逐渐淘汰火力发电，转向其他更环保的发电方式。磁流体发电就是其中一种。本文就磁流体发电的基本原理的几种理想模型进行分析，并结合实际生产将理想模型实际化，简要地阐述了磁流体发电机的发展前景和所面临的问题和一些不成熟解决方法。

首先介绍一下磁流体发电机。磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据电磁感应原理，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。

下面简单介绍一下磁流体发电机的原理和理想模型电动势、电功率推导。 如图所示，在外磁场中的载流导体除受安培力之外，还会在与电流、外磁场垂直的方向上出现电荷分离，而产生电势差或电场，称其为霍尔效应。若载流导体为导电的流体粒子，以很高的速度射入磁场，就可在两极板间产生电动势。从微观角度来说，当一束速度是v 的粒子进入磁场强度为B 的磁场一段时间后，粒子所受的电场力和洛伦兹力相等

Bv

E Bvq Eq ==

这时，粒子进入磁场后不再发生偏转，它所产生的电动势

Bvd Ed ==ε 这样就形成了磁流体发电机的原型。

利用下图进行理想模型电动势、电功率的推导。

我们可以将运动的粒子可看成一根根切割磁力线的导电棒，根据法拉第电磁感应定律，会在棒两端产生动生电动势，如下图所示：

霍尔效应示意图

—

为了方便求解，假设0v 在运动过程中不变，其中p F 是外界的推力，A F 是安培力。

()

2

2

2

02

2

02

00max 0r R R d v B r

R R v F p r R d

v B F F I r

R d Bv r

R I R dKq Bv I p Kq

I d

Bv BId

F F L

L

L L

p L A p L L L A p +=

+=+=

=<+=

+=

======饱和

饱和饱和时，当外接电阻是

ε

εε

所以利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。

实际情况下，考虑等离子体本身的导电性质，输出功率需要乘以一定的系数，工业上常用的公式是：()k -1Bk 40v P σ=.其中参数的参考值是：

7

.0~6.0,1000,

6~5,20~101

01

=≈==--k ms

v T B Sm

σ

作为一种新型高效清洁的发电方式，磁流体发电机有着很广阔的前景。磁流体发电机没有运动部件，结构紧凑，起动迅速，环境污染小，有很多优点。特别是它的排气温度高达2000℃，可通入锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。这种磁流体－蒸汽动力联合循环电站，一次燃烧两级发电，比现有火力发电站的热效率高10－20%，节省燃料30%，是火力发电技术改造的重要方向。伴随它的优点而产生了一大堆技术难题。磁流体发电机中，运行的是温度在三、四千度的导电流体，它们是高温下电离的气体。为进行有效的电力生产，电离了的气体导电性能还不够，因此，还要在其中加入钾、铯等金属离子。但是，当这种含有金

d

电动势、电功率模型原理图

属离子的气流，高速通过强磁场中的发电通道，达到电极时，电极也随之遭到腐蚀。电极的迅速腐蚀是磁流体发电机面临的最大难题。另外，磁流体发电机需要一个强大的磁场，人们都认为，真正用于生产规模的发电机必须使用超导磁体来产生高强度的磁场，这当然也带来技术和设备上的难题。最近几年，科学家在导电流体的选用上有了新的进展，发明了用低熔点的金属（如钠、钾等）作导电流体，在液态金属中加进易挥发的流体（如甲苯、乙烷等）来推动液态金属的流动，巧妙地避开了工程技术上一些难题，制造电极的材料和燃料的研制方面也有了新进展。相信随着科技的进步，磁流体发电一定会给人类带来更大的益处！

参考文献：中国期刊资讯网

百度文库；

学术论文网；

《磁流体的应用技术》；

《物理教学研究》。