非熱電離磁流體發(fā)電熱力系統(tǒng)研究.pdf

1、能源短缺對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的束縛越來(lái)越突出，環(huán)境保護(hù)壓力凸顯，為此需要大力發(fā)展清潔能源和清潔利用技術(shù)。先進(jìn)熱能-電能轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種高效低污染的新型發(fā)電方式，解決限制其發(fā)展的難題以便更好地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)一直是研究熱點(diǎn)。
　　本文提出了一種新型的非熱電離磁流體發(fā)電系統(tǒng)概念，系統(tǒng)采用收斂-擴(kuò)張噴管產(chǎn)生高速流體結(jié)合外部非平衡電離，獲得高速高導(dǎo)電性等離子體進(jìn)行磁流體發(fā)電。在此整體構(gòu)想下，本文針對(duì)超臨界流體熱物性的計(jì)算、高速流體的產(chǎn)生、導(dǎo)電流

2、體進(jìn)行磁流體發(fā)電的最優(yōu)通道形式選擇和整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)研究等幾個(gè)方面展開(kāi)研究。
　　本文主要以理論分析和數(shù)值模擬為主要研究方式。鑒于系統(tǒng)工質(zhì)狀態(tài)的跨越性、超臨界流體的特殊性質(zhì)及其物性在臨界點(diǎn)附近的突變性，以PR狀態(tài)方程為基礎(chǔ)，建立了計(jì)算超臨界CO2熱物性的模型。計(jì)算得到超臨界區(qū)域CO2的密度和焓值，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值相吻合。將計(jì)算區(qū)域拓展到流體飽和蒸氣壓曲線上，結(jié)合超臨界區(qū)域的模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)溫度和壓力的微小變化都會(huì)引起CO2密度

3、和氣體特性參數(shù)的顯著變化，表明工質(zhì)熱物性在臨界點(diǎn)附近具有突變性。
　　噴管中的工質(zhì)是由超臨界狀態(tài)降溫降壓至飽和蒸氣壓曲線上的狀態(tài)，為了避免臨界點(diǎn)附近熱物性的突變性對(duì)計(jì)算帶來(lái)的不便，首先對(duì)噴管進(jìn)行分區(qū)域模擬，再將兩個(gè)子區(qū)域耦合。在漸縮噴管子區(qū)域模擬計(jì)算中，首先固定其出口狀態(tài)點(diǎn)與臨界點(diǎn)存在一定距離，得到流體在管道中的亞音速流動(dòng)過(guò)程，以及出口處恰好達(dá)到馬赫數(shù)為1時(shí)噴管入口壓力和溫度值;在擴(kuò)張噴管子區(qū)域的計(jì)算中，以上述漸縮管在出口馬赫數(shù)為

4、1時(shí)刻的出口狀態(tài)參數(shù)為擴(kuò)張管入口參數(shù)，得到工質(zhì)在管道中的超音速流動(dòng)，以及出口截面的氣流參數(shù)與飽和蒸氣壓曲線的交點(diǎn)數(shù)值。最后在此基礎(chǔ)上，對(duì)漸縮噴管和漸擴(kuò)噴管進(jìn)行耦合，得到整個(gè)收斂-擴(kuò)張噴管中由亞音速達(dá)到超音速流動(dòng)的過(guò)程模擬。
　　在計(jì)算帶負(fù)電的團(tuán)簇對(duì)流體導(dǎo)電性影響和一維磁流體動(dòng)力學(xué)方程組的基礎(chǔ)上，計(jì)算了含有團(tuán)簇的等離子體在不同磁流體通道形式中的能量轉(zhuǎn)化和氣流參數(shù)變化情況。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)等溫度通道形式下可最多地利用高速流