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超导磁流体(磁流体)

longge2022-07-31 10:20:38投稿21

超导磁流体推进,从“玩转”到“放电”!

现代舰舶的螺旋桨自19世纪初问世以来,通过不断的技术改进与蒸汽动力一起,推动了人类航海技术的巨大跨越。毫无疑问螺旋桨和蒸汽机一样,是200多年前第一次工业革命的典型代表。

但时过境迁,今天无论在陆地还是大洋上,冒着浓浓黑烟的蒸汽机早就不见了踪迹,可大大小小的船艇上螺旋桨为什么还在隆隆的旋转呢?

人类进入电器时代已超过100年了,没有车轮的磁悬浮列车不断刷新着陆地车辆的速度纪录。在水中,为什么不能同样使用电与磁的神奇力量,替代庞大而笨重的机械转动推进舰船呢?

设计师将目光聚焦到了“磁流体推进”技术。所谓磁流体推进是对一个贯通海水的通道加上磁场,使导电的海水产生电磁力而在通道内流动,并以反作用力推动舰船前进。而采用超导磁体作为磁场来源,则称“超导磁流体推进”。

磁流体推进器由磁体、电极和通道3部分构成,其推进过程可以借助物理学中的“磁场推动通电导线”这一现象解释。将金属直导线放入磁场中,当导线通电时,磁场就会对通电导线施加一个侧向力而使导线发生移动,力的方向为右手拇指所指方向。若将金属导线视替换为带电的海水,则海水就会像导线一样向拇指方向运动。通过调节电流大小,还可以控制海水的流度;改变电极正负则可以改变海水流动的方向。

20世纪末以来,船舶磁流体的推进研究逐步向实用化阶段迈进。日本建造的“大和”1号试验船是世界上第一艘无螺旋桨推进船。美俄等国也在磁流体推进方面做了大量的试验研究。俄海军曾被披露计划将磁流体推进运用于核潜艇。

与传统推进器相比,磁流体推进装置没有转动机构,可以使船舶几乎在完全安静的状态下航行,从而大大改善了航海人员的生活、工作环境,并可极大的增加军用舰艇隐蔽性。

由于克服了转动机械的功率限制,不会像螺旋桨那样在高速旋转时产生空泡,磁流体推进还可以大幅提高输出功率,为制造超高速舰船创造条件。

此外,磁流体推进器各个部件,如发电机、推进器、辅控设备等,相互之间没有“刚性连接”,可集中安装也可分散于任何舱室之中,可增加舱室布置的灵活性。

虽然有突出的优势,但目前超导磁流体推进器在实用化方面还存在着一些亟待解决的问题。主要是系统轻量化、小型化问题,高性能电极材料技术以及磁流体漏磁问题等。

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磁流体动力分选和磁流体静力分选的特点分别是什么?

1)磁流体静力分选法:磁流体静力分离法是在不均匀磁场中,以磁流体做为选介质,根据矿物之间的密度和磁化率不同而进行分离,(上浮或下沉)的一种分离法。2)磁流体动力分选法:是在磁场与电场的联合作用下,以强电解质溶液作为分选介质根据矿物之间密度、磁化率、和导电率的差异而使不同矿务分离的一种选矿方法.

什么是磁流体发电?

  而磁流体发电,则是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利用磁场对带电的流体产生的作用,从而发出电来。

我们先来认识磁流体发电中的带电流体,它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。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,结果,这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物,这就是等离子体。

磁流体是什么,有什么用

磁流体发电机是一项新兴技术,它可以直接把物体内能转化成为电能,主体构造是一对平行金属板a和b,两板之间存在有强磁场,将一束等离子体(高温下气体发生电离,产生的大量正、负带电粒子就叫做等离子体)喷入两板之间,由于磁场对运动电荷有洛仑兹力的作用,正负电荷分别偏向不同的极板,并在极板a和b上积聚,使ab两板间产生电场,当电场足够强时,等离子体受到的电场力与洛仑兹力平衡,ab板电势差趋于稳定,若把这两极板与外电路相连,就可对外供电,两极板相当于电源的正负两极。

磁流体发电的现状和展望

作为一种高技术,磁流体发电推动着工程电磁流体力学这门新兴学科和高温燃烧、氧化剂预热、高温材料、超导磁体、大功率变流技术、高温诊断和降低工业动力装置有害排放物的先进方法等一系列新技术的发展。这些科学成果和技术成就可以得到其他方面的应用,并有着美好的发展前景。从高效率、低污染、高技术的考虑,磁流体发电为高效率利用煤炭资源提供了一条新途径,使得磁流体发电从其原理性实验成功开始,就迅速得到了全世界的重视,许多国家都给予了持续稳定的支持并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,而其中有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。当前的研究工作主要集中于燃烧矿物燃料的开式循环磁流体发电。苏联、美国、日本和中国等国都建立了一系列磁流体发电装置。技术最先进的是苏联的Y-25型装置。这种装置由以天然气作燃料的开式循环磁流体发电装置和汽轮发电机联合组成,头部的磁流体发电装置的设计功率是25兆瓦。美国在以煤作燃料的磁流体发电装置方面也取得成就,MarkV曾作为电弧风洞的电源投入使用。日本一座场强为5万高斯(即5特斯拉)超导磁场的磁流体发电装置已投入运转。我国于上世纪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,争取在短时间内赶上世界先进水平。以液态金属作为工质的闭式循环磁流体发电装置,由于没有转动部件双,比较牢固,而且能够发出交流电,故一般将它作为空间动力的备用装置进行研究。近年来,美国、苏联、以色列还把这种磁流体发电与太阳能源结含起来进行研究。以裂变反应堆为热源、采用非平衡电离效应的闭式循环磁流体发电装置的研究工作尚未取得重大突破。这是因为有磁场时,非平衡电离的实验结果同理论预计相差较远。此外,由于电导率随等离子体密度的增加而下降,所以要求工质处于低气压状态,而这一要求同反应堆的合理设计有矛盾。近年来的研究表明,当等离子体密度足够高时,粒子的平均动能已不再比粒子间的相互作用能大很多,等离子体变成非理想的。这时等离子体的电导率随密度增大而上升,接近金属的电导率。这一性质对磁流体发电以及作为反应堆中携带热量的工质都是十分有利的。随着受控热核反应研究的进展,聚变反应雄-磁流体发电装置有可能成为21世纪中央电站的主要形式。等离子体横越磁场流动的稳定性问题是磁流体发电装置研究的主要问题之一。在低气压闭式循环磁流体发电装置中,由于工质处于非平衡状态,出现的不稳定性较多。除了在等离子体中经常出现的由于局部温度提高而引起电流集中、温度反复上升和电子急剧加速的过热不稳定性和离子声波不稳定性以外,电离不稳定性成为重点研究对象。电离不稳定性出现后,荷电粒子的密度、电流和电场都随空间和时间而迅速变化,从而降低有效电导率,使发电装置的性能明显恶化。有人提出用交替改变平均电流方向(其周期比不稳定发展的特征时间,即振幅增长e倍所需的时间更短)来抑制电离不稳定性的方法。在开式循环磁流体发电装置中,等离子体是处于局部热力学平衡的,不产生电离不稳定性,其他不稳定性也不明显。徂在大型工业装置中,等离子体与磁场的相互作用较强,不稳定性也可能出现。设计通道起初大多采用一维流动模型,随着发电装置功率的增大,需要对通道进行细致的理论研究。超声速发电通道的理论和实验是当前重点研究的项目之一。制造能长时间有效工作的通道和电极材料是当前主要技术困难的所在,而制造能提供高场强的超导磁体是磁流体发电装置能否进入实用阶段的关键问题。

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