CN103903497A

CN103903497A - 磁流体发电演示实验仪

Info

Publication number: CN103903497A
Application number: CN201410137358.9A
Authority: CN
Inventors: 张奇; 赵帅阳
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明属于物理实验教学装置，涉及磁流体发电技术，具体涉及是一种利用强电场加速的磁流体发电演示实验仪。包括有燃烧室，发电通道，发电电极，回收室，励磁系统和强电场发生器。强电场发生器包括高压电源和强电场发生极板，两个极板位置平行相对，分别和高压电源正负极相连接；燃烧室、发电通道、发电极板、和回收室安装在两个相对极板的内部；发电极板安装在发电通道内并通过导线和外部电压表相连接，发电通道位于励磁系统激励的磁场区域中，燃烧室位于发电通道的一侧，回收室位于发电通道的另一侧，燃烧室内安装有喷火装置和电子回收极板。本发明利用强电场对等离子体进行加速，可获得高发电电压和功率，具有演示实验价值；且加速电场和励磁磁场强度均可调节，满足使用者的探索实验需求。

Description

磁流体发电演示实验仪

技术领域

本发明专利属于物理教学实验装置，涉及磁流体发电技术，具体涉及是一种利用强电场加速的磁流体发电演示实验仪。

背景技术

磁流体发电也被称作为MHD发电，是一种将热能直接转化成电能的发电技术。其基本原理是：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而发电。

典型的磁流体发电机一般包括以下几个部分：等离子体发生装置，发电通道，励磁系统，和回收室。等离子体在发生装置中生成以后，被高速的喷向位于磁场中的发电通道。等离子体中的带正、负电的粒子，在磁场中的洛伦兹力作用下分离，分别打到发电通道中的正负极极板，在极板上产生发电电压。完成了将热能直接转化成为电能的发电过程。

结合等离子体发电机的原理，可以得出等离子体发电装置能够完成发电过程必须满足的充分必要条件：存在高电离度的等离子体、等离子体有足够速度的定向流动、存在发电磁场。三个条件中，等离子体有足够速度的定向流动对等离子体的发电电压影响最大。由于等离子体性质活泼，制备储存非常困难，所以，在教学实践中，若实现高发电电压和功率的等离子体发电有两大技术难点：

1. 高电离度等离子体难以获得。

2. 等离子体气流不能有非常高的流动速度。

由于等离子体发电机对等离子流动速度苛刻的要求，使得在现有的技术方案中，并不存在高效的等离子体气流加速的装置和方法。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一套结构简单、操作方便、具有高发电电压和发电功率的磁流体发电演示实验仪及操作方法。

本发明的磁流体发电演示实验仪包括：强电场发生装置、燃烧室、发电通道、发电极板、励磁系统和回收室六个部分。

所述的强电场发生装置包括高压电源和强电场发生极板。两个极板位置平行相对，分别和高压电源正负极相连接。所述的燃烧室、发电通道、发电极板、和回收室安装在两个相对极板的内部。

所述的发电极板安装在发电通道内并通过导线和外部电压表相连接，发电通道位于励磁系统激励的磁场区域中，燃烧室位于发电通道的一侧，回收室位于发电通道的另一侧。

所述的燃烧室内安装有喷火装置和电子回收极板。

本发明提供一种磁流体发电演示实验仪。强电场发生器在装置所处的空间产生非常强的电场，改变空气性质，与喷火装置共同作用，使空气大量电离成为空气等离子体。产生的带电粒子在电场的加速下获得高速度，射入发电通道中，从而获得高发电电压，功率。本发明通过加速电场的引入，实现了现有技术中等离子体制备困难和加速困难的技术突破，达到良好的演示实验目的。

附图说明

为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明磁流体发电演示实验仪的主原理图。

图2：燃烧室结构图（包括主视图和左视图）。

图3：发电通道结构图（包括主视图和左视图）。

图4：回收室结构图（包括主视图和左视图）。

图5：励磁系统结构图（包括主视图和左视图）。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的磁流体发电演示实验仪，其较佳的具体实施方式是，包括强电场发生器，所述强电场发生器由高压电源、导线和强电场发生极板构成。在强电场发生器产生的强电场范围内按照装置中心线重合的原则安装有燃烧室，发电通道，回收室。

所述的发电通道位于强电场区域的中心位置，内部安装有两块发电极板。燃烧室安装在发电通道靠近强电场发生器的正极板一侧。回收室安装到发电通道靠近强电场发生器负极板一侧。

燃烧室底部留有透气孔，并安装有电子回收极板，电子回收极板通过导线引出到燃烧室外，在燃烧室外与发电通道中的负极板引线连接并与电压表的负极相连。

发电通道中安装的两块发电电极分别通过导线引出到发电通道外，分别与电压表正负极相连接。

本发明的磁流体发电演示实验仪实现了高电压高发电功率的演示实验目的，其较佳的操作方法是，包括步骤：

1. 固定装置，检查是否有潜在危险点，一一排除解决；

2. 按照电气规则连接线路，高压极板分别与高压电源正负极相连接，电子回收极板引线，发电电极负极和电压表负极相连接，发电电极正极和电压表正极相连接；励磁电源使用普通可调输出电流电源为励磁系统供电，注意连接的极性，不可反接；

3. 打开喷火装置，打开抽气装置，对系统进行预热10分钟；

4. 打开励磁电源，输入电流，激励产生磁场；观察电压表示数；

5. 打开加速电场电源，逐步升高电源电压；观察电压表示数；

6. 调节励磁电流大小，观察发电电压和励磁电流的关系；

7. 关闭加速电场电源；用短路法对加速电场极板进行放电；

8. 关闭励磁电流；

9. 关闭喷火装置；

10. 关闭抽气装置；

11. 实验演示结束。

本发明是一种磁流体发电演示实验仪，根据强电场存在情况下空气电化学性质发生变化和喷火装置共同激发空气电离，产生高电离度的空气等离子体。通过强电场的加速作用，获得高速运动的等离子体并射入发电通道的磁场中，达到了高电压高功率发电的目的，发电电压和发电功率可以通过调节强电场发生装置中高压电源的输出电压和励磁系统的励磁电流进行调节。装置通过强电场和喷火装置的使用，从根本上解决了获得高电离度空气等离子体的发生和加速问题，提供了一种具体可行、效果良好的技术途径。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，图1为整套装置的原理图。高压电源（13）和导线（14）以及强电场发生极板正极（1），负极（9）在两个极板（1）和（9）之间区域产生强电场。高压电源可采用市场上流行的小功率高压电源，输出电压范围为0~200kV。两极板间距离为15cm。由此可以根据公式E = U / d计算出强电场的强度范围：0~1.33*10^6V/m。

如图2,3,4分别从主视图和左视图具体阐述了燃烧室、发电通道、回收室的具体结构特征：燃烧室（图2）为耐热陶瓷材料，并留有玻璃观察窗口（3），底部留有透气孔（1），底部安装有圆形铝制电子回收极板（5），喷火装置（4）的喷火方向（2）与电子回收极板（5）平行。燃烧室内径取15cm，电子回收极板内径选取10cm。

发电通道（图3）为耐热陶瓷材料，安装有玻璃观察窗口（4），空心长方体构造。在两个相对的内壁上安装有铝制发电极板（1）（5）。负极板长度长于正极板3cm。极板的正极板为带正电粒子在磁场中偏转方向上的极板。

回收室（图4）侧壁上安装有玻璃观察窗口（1），相对封闭，并在底部侧壁上留有抽气孔（2）。

如图5为励磁系统示意图，其特征是：利用永磁体（3）和电磁铁（1）（2）共同构成励磁系统。

装置采用强电场加速的方法，改变空气电化学性质，利用喷火装置和强电场共同作用产生大量高电离度的空气等离子体，从而解决了空气等离子体制备和储存困难的技术难题。并通过强电场对等离子体进行加速，获得一般物理加速方法难以达到的等离子体运动速度，基于以上两点，本发明的磁流体发电演示实仪具有高发电电压和功率，具有教学实验演示价值。

装置中强电场的大小可以通过高压电源的输出电压进行调节，励磁系统产生磁场强度可以调节，便于使用者探索发电电压与加速电场和励磁强度的相互关系。

装置结构简单，实用方便，演示效果良好。

装置不同于其它磁流体发电演示实验仪在于：利用强电场加速的方法，获得大量高电离度的空气等离子体，并完成了对磁流体高速度的加速过程。为磁流体发电演示试验仪的高电压，高功率输出提供一种便捷的技术方案。

因此，本发明从理论到实际操作都是一种全新的思路和方法，解决了目前磁流体发电演示实验仪的高电离度等离子不易获得以及等离子体加速困难的技术难题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种磁流体发电演示实验仪，包括燃烧室，发电通道，发电电极，回收室，励磁系统和强电场发生器。

2.根据权利要求1所述的磁流体发电演示实验仪，其特征是：利用强电场对等离子体进行加速。

3.根据权利要求1所述的磁流体发电演示实验仪，其特征是：燃烧室，发电通道，回收室均安装有玻璃观察窗口。

4.根据权利要求1所述的磁流体发电演示实验仪，其特征是：燃烧室底部设置有透气孔，安装有铝制电子回收极板。

5.根据权利要求1所述的磁流体发电演示实验仪，其特征是：强电场发生装置的电场强度可通过调节极板间电压调节。

6.根据权利要求1所述的磁流体发电演示实验仪的操作方法，其特征是：

固定装置，检查是否有潜在危险点，一一排除解决；

按照电气规则连接线路，高压极板分别与高压电源正负极相连接，电子回收极板引线，发电电极负极和电压表负极相连接，发电电极正极和电压表正极相连接；励磁电源使用普通可调输出电流电源为励磁系统供电，注意连接的极性，不可反接；

打开喷火装置，打开抽气装置，对系统进行预热10分钟；

打开励磁电源，输入电流，激励产生磁场；观察电压表示数；

打开加速电场电源，逐步升高电源电压；观察电压表示数；

调节励磁电流大小，观察发电电压和励磁电流的关系；

关闭加速电场电源；用短路法对加速电场极板进行放电；

关闭励磁电流；

关闭喷火装置；

关闭抽气装置；

实验演示结束。