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《南京航空航天大学》 2019年
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液态金属自蒸发磁流体发电机性能研究

黄世蒙  
【摘要】:液态金属“自蒸发”驱动磁流体发电(Magnetohydrodynamic Generator,简称MHDG)系统具有无需气液分离,结构简单紧凑的优点,不仅可以高效利用多种热源发电,还可以与其他发电系统联合发电。例如,在太阳能利用困难的宇宙深空,与核反应堆热源相结合可以解决深远空间的大功率推进和电源的需求。本文对影响MHDG发电通道流场和发电性能的关键参数进行了研究,在此基础上,结合工程实际应用设计了以液态金属钠为工质的“自蒸发”驱动MHDG系统。相关研究内容和结果如下:(1)通过数值模拟研究了不同负载系数、入口速度、磁场强度和空泡率等关键参数对MHDG发电通道内的流场和电场的影响。结果表明,输出功率随负载系数呈抛物线变化,且分别与入口速度的平方和磁场强度的平方成正比,但随空泡率的增大线性下降;通道发电效率与负载系数成线性关系,但其受入口速度、磁场强度和空泡率的影响很小。(2)负载系数影响流场的湍流强度和平均壁面摩擦系数的大小。负载系数越小,电流密度和洛伦兹力越大,对湍流和平均壁面摩擦系数的抑制作用也越明显,表现为湍流强度和平均壁面摩擦系数比大负载系数的小,且波动也比较小。(3)入口速度和磁场强度对通道压降误差率的变化影响很小,可以忽略,而负载系数和空泡率对误差率的变化影响很大。拟合了不同负载系数和空隙率下的压降模拟值和理论值的误差率曲线,从而对理论压降公式进行修正。(4)结合发电性能参数的数值模拟结果和实际工况,设计了一种以液态金属钠工质“自蒸发”膨胀来驱动气液混合流体进行循环发电的MHDG系统,确定了该系统的整体回路结构,计算出了循环回路中主要部件的热工参数。在考虑裕度的情况下,设计的发电系统的输出功率为115 kW,MHDG发电通道的发电效率为55.22%,焓提取率为1.32%。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:V442;TM916

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