第4期 黄护林等:等离子体磁流体发电研究进展 333 输出功率较髙:上游焓提取率过多时,下游则无法获电极结构能够使入口双阳极之间的等离子体种子获得 得较高的能量转换效率。Inui研究了在入口处设充分电离,使发电机性能提高,但会引起较大的总压 置一对分开的阳极并将这对阳极用外接导线短路,这种损失 可视端口 (a)无导流片入口 b)导流片入口 图4盘式发电机入口结构 P4 第1阳极 第2阳极 第1电极(E1) 第2电极(E2) 负载 第3电极(E3) 扩散器 可视窗口(L1-3 静压口(S1-S10 压口(T1-T5) 0.l8m0.3m 0.7m (a) Murakami模型 (b)Inu模型 图5二负载盘式结构 Fig 5 Two loads disk MHD generator 12法拉第型发电机 气、惰性气体、氢气等。为了提高磁流体发电机的性 分段法拉第型发电结构是法拉第型发电机最具代能,必须提高工质的电导率及保持电导率的稳定。在 表性的结构,其由若干对平行不连续的电极分立通 气体中加入少量的碱金属种子的混合气体可以在较低 道两侧而组成的,同侧电极之间采用绝缘材料阻 电子温度下实现较高的电子数密度。然而,额外增 隔,如图6所示叫。其基本工作原理是在磁场的作用加涉及碱金属的子系统,不仅会降低发电系统的质量 下,带电粒子受到洛伦兹力的作用而向两侧电极偏 转从而产生法拉第电场。与盘式发电通道充分利用 功率比,还会增加发电系统的复杂性,不适合用作 霍尔效应不同,法拉第通道分段电极的设计是尽可深空探测的电源系统。目前,采用对气体预电离的方 能抑制霍尔效应的产生。图7为几种常用的法拉第型法以提高气体电导率较常用。提高气体电导率的方法 发电通道结构 除热电离外还有各种外部主动电离技术,主要包括 1.3提高工质导电率的方法 电子束电离、脉冲放电电离、微波电离甽、电容耦 等离子体磁流体发电的工质主要有高温燃气、空合射频放电电离等叫。输出功率较高；上游焓提取率过多时，下游则无法获 得较高的能量转换效率。Inui[11-12]等研究了在入口处设 置一对分开的阳极并将这对阳极用外接导线短路，这种 电极结构能够使入口双阳极之间的等离子体种子获得 充分电离，使发电机性能提高，但会引起较大的总压 损失。 1.2 法拉第型发电机 分段法拉第型发电结构是法拉第型发电机最具代 表性的结构，其由若干对平行不连续的电极分立通 道两侧而组成的，同侧电极之间采用绝缘材料阻 隔，如图 6所示[13]。其基本工作原理是在磁场的作用 下，带电粒子受到洛伦兹力的作用而向两侧电极偏 转从而产生法拉第电场。与盘式发电通道充分利用 霍尔效应不同，法拉第通道分段电极的设计是尽可 能抑制霍尔效应的产生。图 7为几种常用的法拉第型 发电通道结构。 1.3 提高工质导电率的方法 等离子体磁流体发电的工质主要有高温燃气、空 气、惰性气体、氢气等。为了提高磁流体发电机的性 能，必须提高工质的电导率及保持电导率的稳定。在 气体中加入少量的碱金属种子的混合气体可以在较低 电子温度下实现较高的电子数密度[14-15]。然而，额外增 加涉及碱金属的子系统，不仅会降低发电系统的质量 功率比，还会增加发电系统的复杂性[16]，不适合用作 深空探测的电源系统。目前，采用对气体预电离的方 法以提高气体电导率较常用。提高气体电导率的方法 除热电离[17]外还有各种外部主动电离技术，主要包括 电子束电离[18]、脉冲放电电离[19]、微波电离[20]、电容耦 合射频放电电离等[21]。 （a）无导流片入口 （b）导流片入口 阴极 阳极 电探针 压力表 导流片 阳极 阴极 可视端口 S4 200 720 S1 S2 S3 r θ Δr Δθ B 图 4 盘式发电机入口结构 Fig. 4 Inlet structure of disk MHD generator （a）Murakami 模型 （b）Inui 模型 0.18 m 0.3 m 0.7 m 1.2 m 250 mm 170 mm 80 mm 下游通道 上游通道 Rd Ru 电探针 （P1-P4） 第1电极（E1） 第2电极（E2） 第3电极（E3） 静压口（S1-S10） 总压口（T1-T5） 可视窗口（L1-L3） T5 S10 S9 S8 S1 S2 L1 L2 L3 T1 T4 S7 P1 P2 P3 P4 T2 T3 S3 S4 S5 S6 导流片 管口 喉部 第1阳极 第2阳极 负载 阴极 通道 扩散器 图 5 二负载盘式结构 Fig. 5 Two loads disk MHD generator 第 4 期 黄护林等：等离子体磁流体发电研究进展 333