非熱電離磁流體發(fā)電熱力系統(tǒng)研究.pdf

1、能源短缺對我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展的束縛越來越突出，環(huán)境保護壓力凸顯，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)勢一直是研究熱點。
　　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，獲得高速高導電性等離子體進行磁流體發(fā)電。在此整體構(gòu)想下，本文針對超臨界流體熱物性的計算、高速流體的產(chǎn)生、導電流

2、體進行磁流體發(fā)電的最優(yōu)通道形式選擇和整個循環(huán)系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)研究等幾個方面展開研究。
　　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)及其物性在臨界點附近的突變性，以PR狀態(tài)方程為基礎(chǔ)，建立了計算超臨界CO2熱物性的模型。計算得到超臨界區(qū)域CO2的密度和焓值，結(jié)果與實驗測定值相吻合。將計算區(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)，為了避免臨界點附近熱物性的突變性對計算帶來的不便，首先對噴管進行分區(qū)域模擬，再將兩個子區(qū)域耦合。在漸縮噴管子區(qū)域模擬計算中，首先固定其出口狀態(tài)點與臨界點存在一定距離，得到流體在管道中的亞音速流動過程，以及出口處恰好達到馬赫數(shù)為1時噴管入口壓力和溫度值;在擴張噴管子區(qū)域的計算中，以上述漸縮管在出口馬赫數(shù)為

4、1時刻的出口狀態(tài)參數(shù)為擴張管入口參數(shù)，得到工質(zhì)在管道中的超音速流動，以及出口截面的氣流參數(shù)與飽和蒸氣壓曲線的交點數(shù)值。最后在此基礎(chǔ)上，對漸縮噴管和漸擴噴管進行耦合，得到整個收斂-擴張噴管中由亞音速達到超音速流動的過程模擬。
　　在計算帶負電的團簇對流體導電性影響和一維磁流體動力學方程組的基礎(chǔ)上，計算了含有團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。對計算結(jié)果進行比較分析，發(fā)現(xiàn)等溫度通道形式下可最多地利用高速流