论文部分内容阅读
低温液态金属磁流体发电技术具有高转换效率和低环境污染的优点,是深空探测航天器电源和新能源利用中最具有竞争力的一种。针对液态金属磁流体发电系统中的关键部件—液态金属磁流体发电通道,本文研究了影响其发电性能的关键参数,并参考计算结果和实际工况搭建了液态金属磁流体发电系统实验平台。研究内容及相关结果如下:首先,数值模拟了两相流磁流体发电通道,分析了通道尺寸、空泡率、磁场强度、入口速度、负载系数、工质等关键参数对磁流体发电通道发电性能的影响。发现当负载系数为0.5时输出功率最大;输出功率与磁场强度的平方、入口速度的平方和混合工质的电导率成正比,也即输出功率与混合工质空泡率成反比。比较模型尺寸为60×45×200mm和35×20×200mm两个发电通道模型的模拟结果可知,磁流体发电通道尺寸越大输出功率越大,但输出电效率与发电通道尺寸密切相关,小截面发电通道因边界层射流增强和电流聚集而效率较高。其次,针对磁流体发电系统总输出功率为2kW的性能指标,对磁流体发电通道进行了优化设计。结果显示发电通道宽高比在4:1时效率最高,优化后的矩形发电通道模型尺寸为110×20×200mm,在实验条件为v=3.6m/s、B=1T、vf=0.7、k=0.5时可以满足性能指标要求。同时发现在速度为1.9m/s,磁场强度为1.9T的情况下,也可以满足2kW的输出电量,而此时,发电通道性能最优,所需的材料制备费用最少。最后,考虑实际工况和发电通道发电性能的计算结果,设计了一种由低沸点工质膨胀,带动气液两相流进行循环流动的两相流磁流体发电系统,确定液态金属磁流体发电系统的整体结构,给出液态循环回路和气态循环回路所有零部件的具体尺寸,最终搭建了液态金属磁流体发电系统实验平台。