プラズマMHD発電機内流れにおける非平衡電離緩和過程の解明と発電性能の予測

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08750192
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大久保 雅章 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (40223763)
• キーワード: 電磁流体力学 / プラズマ / MHD発電 / 電離緩和 / 発電効率 / TVD法 / 衝撃波

研究概要

本研究では超音速ディスク型プラズマMHD発電機の高性能化、特に断熱効率の向上を目標に、高解像度差分法による数値シミュレーションと計測を行い、性能予測のために非常に重要な非平衡電離緩和過程の解明と性能向上のために発電機に要求される条件を数値的に予測することを目的とした。本研究での成果は以下のように要約される。
(1)申請者によって発展された超音速放射状流れのTVD法を利用したMHD発電機性能予測の計算コードにより、東工大原子炉工学研究所に設置されている非平衡プラズマMHD発電機の従来以上の高精度性能予測(発電効率、圧力損失など)を可能とした。計算には、本研究費で購入したワークステーションを用いた。
(2)計算コードにおける基礎方程式は圧縮性MHD流れの基礎方程式の他に電子系の方程式系,電磁場の方程式系であり、これらを連立して解く手法の開発と、従来のTVD法の改変を行った。その結果、MHD衝撃波のより詳細な構造が明らかとなり、衝撃波により相当大きな全圧損失が発生していることを示した。
(3)従来ほとんど計測のなされていなかたMHD発電流路ノズル部での電離緩和過程の計測を行った。具体的には、磁場下でのスロートとノズル内での全圧、静圧の測定と電子温度、電子数密度の光学計測などを行い、発生した衝撃波の写真観測も行った。これらの測定結果からノズル内での流体特性の情報を増やし、性能予測プログラムの高精度化のための基礎資料を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] H.YAMASAKI: "Performances of Closed Cycle Disk MHD Generator with Ar/Cs" Proc.31st Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.2. 854-859 (1996)
• [文献書誌] M.OKUBO: "Numerical Prediction on Performance of Closed Cycle Disk MHD Generator" Proc.31st Intersociety Energy Conversion Eng.Conf.2. 842-847 (1996)
• [文献書誌] 大久保雅章: "数値解析によるディスク型プラズマMHD発電機の性能予測" 電気学会論文誌. 117B-1. 122-129 (1997)
• [文献書誌] 高田雅章: "ディスク形MHD発電機におけるノズル負荷の影響" 電気学会論文誌. (発表予定).
• [文献書誌] H.YAMASAKI: "Experimental Studies on Enthalpy Extraction and Adiabatic Efficiency of Disk CCMHD Generator with Ar/Cs" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 212-221 (1996)
• [文献書誌] M.OKUBO: "Numerical Analysis of Disk MHD Generators with Different Area Ratios" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 2. 953-961 (1996)
• [文献書誌] R.HANAOKA: "Effect of Stagnation Gas Pressure on Performances of Disk MHD Generator" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 83-91 (1996)
• [文献書誌] M.OKUBO: "Nemerical Prediction on Performance of Closed Cycle Disk MHD Generator" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 148-154 (1996)
• [文献書誌] M.SUZUKI: "Discharge Structure of Nonequilibrium Plasma in Disk MHD Generator with Ar/Cs" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 176-185 (1996)
• [文献書誌] M.TAKATA: "Effect of Segmental Load Resistances on Performance of Disk MHD Generator" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 1. 196-203 (1996)
• [文献書誌] M.TAKATA: "Stagnation Pressure Loss Mechanism of Supersonic Flow in Disk MHD Generator" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 2. 762-768 (1996)
• [文献書誌] L.KUSHIDA: "Three-Dimensional Numercal Simulation of Pressure Loss Mechanism in Supersonic Radial Flow" Proc.12th Int.Conf.MHD Electrical Power Generation. 2. 914-923 (1996)