摘要
磁流体发电是一种高效、低污染的发电技术。相对于其他发电方式，磁流体发电具有输出功率大，结构紧凑的优点，在高功率电源应用领域有不可替代的性能优势。 依据国内外有关磁流体发电实验方面的理论，本文设计了在常温下磁流体发电的实验系统。实验系统包括能源产生部分，泵，流量计，控温部分以及能源输出部分，该系统将适用于未来的一些小发电量的设备和管理中。本文也给出了相应的实验原理和一些影响发电因素的详细分析。根据磁流体发电中MHD方程，推导出了能源输出的表达式，并进行了数值分析。可以发现，要提高磁流体发电量，可以通过增加磁场强度，增大管道的大小，调大流速等途径。
本文还对一个含有雷诺数R e的Blasius边界层方程进行数值与理论分析。通过对该边界层方程在η=0时的幂级数展开式，得出了以下结论：对任意给定R e，f′′(η)存在驻点。并且，数值分析发现，随着R e的增加，驻点的值越来越小；当η小于驻点值时，f′′(η)是单调递增的，当η大于驻点值时，f′′(η)是单调递减的。最后，给出了大雷诺数边界层方程中二阶导数理论解的形式。对于给定的R e和η值，给出了求解其二阶导数理论解系数的方程。
关键词：磁流体；MHD方程；磁场强度；磁流体发电系统；雷诺数；边界层方程。
Abstract
Magneto-hydrodynamic(MHD)power generation is a kind of technology with high efficiency and low pollution.Relative to other power mode,there are some advantages using MHD power generation,with compact structure and high power outputting.
Referring to the theoretical analysis on the experiment of power generation us-ing magneticfluid,in this paper,a new power generation system using magnetic fluid is introduced.The system which is used with non-poisonous magneticfluid and operated at room temperature is proposed in the present paper.The system mainly includesfive parts,such as energy producing,pump,temperature control-ling,energy outputting.The system could be used as a micro-distributed energy supply system for domestic use in the future.An experiment set-up is designed and established to investigate the performance of the power generation with an aid of a theoretical analysis of the power generation.Based on the numerical analysis,the electric output increases with Reynolds number,size of the test channel,magnetic strength and electric conductivity.It is understood that in order to obtain a prac-tical power generation,priority should be put on increasingfluidflow velocity and magneticfield strength.According to the system,in this paper,a micro-distributed energy system is proposed,and it can utilize waste heat from microchip,etc,and provide electric energy to user.
In this paper,it gives the numerical analysis of the nonlinear ordinary differ-ential boundary layer equ
ation,and the properties of the boundary layer equations. Power series solution is also analysed atη=0.We have the below conclusions. First,for the arbitrary R e，there is a stagnation point of f′′(η),the stagnation point value deduced with the increased of the R e;when the value ofηis less than the stagnation point,f′′(η)is increased;when the value ofηis more than the stagna-tion point,f′′(η)is induced.Finally,it gives the theoretical solution of derivation of the second order in the boundary layer equation with large Reynolds number. For gived R e andη,we can get the coefficients.
Keywords:Magneticfluid;MHD equations;Permanent magnet;MHD power generation system;Reynolds number;Boundary layer equations.
目录
摘要..........................................................................II 第一章引言.. (1)
1.1磁流体发电技术介绍及其发展 (1)
1.1.1磁流体发电技术介绍 (1)
箱型钢
1.2边界层方程的相关研究进展 (5)
1.3本文主要研究内容 (6)
srcpan第二章磁流体发电实验设计 (7)
2.1磁流体性质分析 (7)
2.2实验原理和结构分析 (9)
2.3磁流体发电实验的各参数的理论分析 (12)
2.3.1MHD方程的建立 (12)
2.3.2实验中相关理论分析 (14)
第三章边界层方程的相关性质 (17)
口型钢3.1边界层方程以及数值模拟 (17)
3.2边界层方程的驻点存在特性 (18)
3.3大雷诺数边界层方程理论解的探讨 (22)
四氢呋喃除水
总结与展望 (25)
煤气阀参考文献 (26)
致谢 (29)
第一章引言
1.1磁流体发电技术介绍及研究进展
1.1.1磁流体发电技术介绍
磁流体力学，属于流体控制领域，也属计算流体力学领域。到现在为止，它成为了力学及物理学领域中一门蓬勃发展的学科。磁流体发电是磁流体力学中的一个重要的分支和应用。当今世界各国所共同面临的重大问题之一就是能源问题。历史上，能源的开发和利用不仅给人类带来了繁荣和财富，同时也给人类带来了巨大的灾难。在要求可持续发展的社会里，提高能源效率，研究节能和减少污染排放的技术等成为世界性的课题。
磁流体发电的研究始于20世纪50年代末，被认为是最现实可行、最有竞争力的直接发电方式。它涉及到磁流体动力学、等离子物理、高温技术及材料、低温超导技术和热物理等领域，是一项大型工程性课题。自1959年美国对磁流体发电的原理性试验首次获得成功后，世界各国相继对磁流体发电技术开展了研究[1]。目前，环境污染问题已经成为人们非常重视的问题，常规的火力发电站不仅排烟中氧化硫和氧化氮造成大气污染，而且其大量排放冷却水造成了所谓的热污染。磁流体发电是一种新型的高效发电方式，它和内燃机、汽轮机组成联合循环，发电效率可达55-60%。经过数十年的试验研究，加上超导、等离子技术的实用化，磁流体发电技术现已进入小型示范工程阶段。日本，美国等国际上主要国家相继研究开发该技术，在我国2010年进入了商业化[2]，现在都已经列入863高新技术计划[3]。
磁流体发电也叫MHD发电，是利用高温高速等离子体在磁场中切割磁力线产生感应电动势来发电，图1.1为切割磁感线的原理图[4]。
图1.1切割磁感线原理图
在磁流体发电装置中，磁流体发电所用的带电流体，是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸汽而得到的。在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚。因而，这些物质变成自由电子，那些失去电子的离子以及原子核的混合物就是所谓的等离子体，将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的
高速离子，在磁场中受到洛伦兹力的作用分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压[5]。与其他的发电方式所不同的是，磁流体发电是以高温的导电流体（等离子体）高速通过磁场，以导电的流体切割磁感线产生电动势，导电流体起到了金属导线的作用。
磁流体发电按工质的循环方式分为开式循环系统、闭式循环系统和液态金属循环系统。最简单的开式磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是：在燃料燃烧后产生的高温燃气中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离，经喷管加速，产生温度达三千摄氏度、速度达1000m/s的高温高速导电气体（部分等离子体），导电气体穿越置于强磁场中的发电通道，作切割磁力线的运动，感生出电流，图1.2为开环式磁流体发电的原理图[6]。
图1.2开环式磁流体发电原理图
传统磁流体发电一般是采用煤、石油或天然气作燃料，燃料在空气中燃烧时，即使把空气预热到1400K，也只能使空气达到3000K的温度。但是实际情况下即使达到6000K以上，这气体的导电率还不能达到所需的值。而且即使再提高温度，导电率也提高不了多少，这给工程上带来了很大困难。在本文中，设计的系统是在常温条件下磁流体发电系统。实验中所用的磁流体可以循环利用，并且整个过程几乎没有污染。
1.1.2磁流体发电技术国内外研究进展
中药抑菌由于磁流体发电为高效率利用煤炭资源提供了一条新途径，世界各国都在积极研究燃煤磁流体发电。目前，世界上有17个国家在研究磁流体发电等技术，其中有13个国家研究的是燃煤磁流体发电，包括中国、印度、美国、波兰、法国、澳大利亚、前苏联等。我国于本世纪60年代初期开始研究磁流体发电，先后在北京、上海、南京等地建成了试验基地。根据我国煤炭资源丰富的特点，我国将重点研究燃煤磁流体发电，并将它作为”863”计划中能源领域的两个研究主题之一，争取在
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