磁流发电机工作原理及电机设计

　　什么是磁流体发电机：设计、工作和应用

　　磁流体发电机是一种通过与诸如电离气体、等离子体和磁场等运动流体相互作用来产生电能的装置。1791-1867年，迈克尔·法拉第在固定磁场中移动流体电物质时，首次观察到磁流体动力发电机的使用。磁流体发电厂提供了大规模发电的潜力，减少了对环境的影响。根据应用类型和所用燃料的不同，设计了不同类型的磁流体发电机。脉冲磁流体发生器是用于远距离场所产生大脉冲电能的。

　　什么是磁流体发电机？

　　定义：磁流体力学（MHD）发生器是一种通过与快速移动的流体流（通常是电离气体/等离子体）相互作用直接产生电力的装置。磁流体装置将热能或动能转化为电能。磁流体发电机的典型设置是涡轮机和电力发电机合并为一个单元，没有运动部件，因此，消除振动和噪音，限制磨损。MHD具有最高的热力学效率，因为它在比机械涡轮机更高的温度下运行。为了提高发电设备的运行效率，必须提高导电物质的效率。当气体被加热成等离子体/流体或添加其他可电离物质（如碱金属盐）时，可以达到所需的效率。为了设计和实现磁流体发电机，需要考虑几个问题，如经济性、效率、受污染的地下管道。磁流体发电机最常见的三种设计是：

　　简单法拉第发生器的设计包括楔形管或由非导电物质制成的管。强大的电磁铁产生一个磁场，并允许导电流体垂直通过，从而产生电压。电极与磁场成直角放置，以提取输出电能。这种设计提供了一些限制，比如使用的场地类型和密度。最终，使用法拉第设计的功率大小与管的面积和导电流体的速度成正比。法拉第产生的很高的输出电流沿着流体管道流动，与外加磁场发生反应，产生霍尔效应。换句话说，随着流体流动的电流会导致能量损失。产生的总电流等于导线（法拉第）分量和轴向电流分量的矢量和。为了捕捉这种能量损失（法拉第和霍尔效应元件）并提高效率，开发了不同的配置。一种这样的配置是使用电极对，这些电极对被分割成链段并并排放置。每个电极对彼此绝缘，并串联连接，以获得较高的电压和较低的电流。另一种选择是，电极不是垂直的，而是稍微倾斜以与法拉第电流和霍尔效应电流的矢量和对齐，从而从导电流体中提取最大能量。下图说明了设计过程。

　　盘式磁流体发电机设计

　　霍尔效应圆盘磁流体发电机设计效率高，是最常用的设计。流体在盘式发生器的中心流动。导管包围着圆盘和流动的液体。这对亥姆霍兹线圈用于在圆盘上方和下方产生磁场。法拉第电流流过圆盘的边界，而霍尔效应电流在圆盘中心和边界的环形电极之间流动。

　　磁流体发电机原理

　　磁流体发电机通常被称为流体发电机，它被比作机械发电机——当金属导体通过磁场时，在导体中产生电流。然而，在磁流体发生器中，使用导电流体代替金属导体。当导电流体（导体）通过磁场时，它产生一个垂直于磁场的电场。这种通过磁流体发电的过程是基于法拉第电磁感应定律的原理。当导电流体流过磁场时，在其流体上产生一个电压，根据弗莱明右手定律，它垂直于流体流动和磁场。