磁流体发电的研究概述

磁流体发电的概念，甚至比使用旋转发电机的历史还要古老。早在1831年，电动力学的创始人法拉第就曾经做过这样的试验，将玻璃管放在横截磁场中，使水银流过玻璃管。从原理上来说，这实际上就是最早的磁流体发电机。1938年，法拉第设想，利用地磁场以及江河与海峡之间海水涨落的流动来发电。尽管当时还没有磁流体发电这种说法，但在今天，也不得不使人们感到，这是一个多么宏伟的科学设想。他在伦敦泰晤士河和英吉利海峡的两岸放上电极，进行实地试验，测量电极之间的电压，当然是一无所得。地磁场的垂直分量是0.8～0.5高斯，假定海水的流速为0.5米/秒，海峡的宽度为1公里这样由电磁感应定律得知插在海峡两岸的电极之间的感应电势是：0.5×10-4×103×0.5=0.025伏，即25毫伏。从发电的角度来看，这是一个过于微小的数值。单是插入海水的电极和海水之间的接触电位和接触电阻，就已无法测得这样大小的电势了。

1910年国际上承认了磁流体发电机专利。1942年卡尔劳维茨和哈拉获，在美国通用电气公司，首次提出了以燃烧气体为工质的磁流体发电机，它是利用轴向电场作输出电压的。由于场的布置特殊，特别是没有能产生出具有足够电导率的高温电离气体，因此未能发出多大的电功率而使这种发电方式引起人们的注意。可是，他们的失败，使得人们对继续研制磁流体发电机的兴趣，窒息了好多个未来的岁月。

随着喷气技术的发展到60年代末在人类知识的宝库中已经掌握了相当完整的高温热气体电导理论，并为实验测量所证实。这些惊人的成果，是和长年在美国康乃尔大学喷气技术试验室进行基础研究的康特劳维茨等一批科学家的艰苦卓绝的劳动分不开的。这些成功为现代磁流体发电技术的实现奠定了不可缺少的物理基础。

与此同时其他科学技术领域也取得了相应的发展。譬如说火箭和空间技术问题促进了耐高温材料的发展，无论是陶瓷材料或耐高温金属材料，都要求建立等离子体发生器和磁流体通道。此外，高速电子计算机的出现为求解描述流动过程的复杂微分方程组的解，提供了有力的工具。所有这些都促使了现代磁流体发电技术的成功。

1959年美国阿夫柯-埃菲尔特研究试验室（AVCOAEHR），应用电弧加热器产生的高温热气流，在1.8特的磁场下发出了11.4千瓦的电功率，点亮了228盏50瓦的电灯泡，运行时间10秒。这宣告了世界上第一台能够发出实际有用电功率的磁流体发电机研制成功实现了从法拉第以来的一百多年间，人们几经周折奋力研制磁流体发电机的理想。这就是著名的阿夫柯1号机。1960年初，美国西屋电气公司宣布，以汽油和纯氧燃烧产生的高温热气流，在1.4特的磁场条件下，发出了10.4千瓦的电功率，运行几分钟。这两台模型试验机组，为全世界科技工作者做出了成功的榜样，奠定了现代磁流体发电技术发展的基础，应该说，这是磁流体发电技术的第一次飞跃。

阿夫柯试验室在1号机成功的基础上，于1963年建成了2号机，最高发电功率1 500千瓦，运行10秒。1965年建成5号机，总发电功率8 200千瓦，其中8 400千瓦作磁场的自激励磁功率，净输出2 800千瓦运行8分钟其外形全貌，阿夫柯试验室在对这两台试验机组进行充分研究的基础上，在1966～1967年期间，为美国空军阿诺尔德工程发展中心（AEDO）研制了一台额定功率2 000千瓦的霍耳型磁流体发电机实际输出电功率18 000千瓦，每天大约运行3次，每次1分钟，作为该空军基地高超音速风洞的试验电源。这是世界上第一台作实际应用的磁流体发电机。(www.xing528.com)

1972～1973年间，阿夫柯试验室又相继建造了模拟长时间磁流体发电试验的6号机和7号机，从短时间磁流体发电逐渐转向研究长时间磁流体发电。并在石油危机的冲击下，开始注意研究直接燃煤磁流体发电机在阿夫柯试验研究室和西屋电气公司1959年试验成果的基础上，世界上很多工业发达国家，也纷纷开始投入相当规模的人力与物力从事磁流体发电技术的研制工作。苏联是1962年开始研究磁流体发电。1965年苏联高温研究所建成了一台小型长时间模拟磁流体发电装置y-02。这套装置除主机外，还装有固定床石球热风炉，富氧系统，种子回收系统，尾部模拟蒸汽发生器，可控硅逆变流装置等。这台装置第一次发电只有200瓦，经过不断改进与试验，1971年发电75千瓦，最长运行时间300小时。在此基础上，1971年8月，又在该研究所建成了世界上第一台大型工业试验性磁流体发电装置y-25。这是台磁流体一蒸汽动力联合发电机组，设计的总输出功率为75 000千瓦，其中磁流体部分为25 000千瓦蒸汽部分为60 000千瓦。直至1977年，磁流体部分最高发电功率为20 000千瓦，最长运行持续时间为1小时。Y-25装置的建立使磁流体发电技术的试验研究工作向前大大地推进了一步。

日本的磁流体发电研究工作，开始于1960年，相继建成了8套机组。值得提一下的是日本的4号机和5号机。日本的4号机，是世界上最早（1969年）采用超导磁体的一台磁流体发电装置。磁体中心的磁密为2特，机组的最大输出功率为25瓦。日本的5号机，是一台容量为1 000千瓦，采用超导磁体的磁流体发电试验机组，磁体空间为39×130×120厘米，中心磁密为46特。这两台机组的运行，标志着磁流体发电技术的试验研究又向前大大地跨出了一步。

除去以上所述的一些国家外，还有西德、英国、法国、波兰、加拿大、印度等国家，都或先或后的投入一定的人力与物力，致力于磁流体发电技术的研究。但总的来说，他们所取得的成就，一般都未超过以上提到的，这里就不再重复了。

我国也是从1960年初开始进行磁流体发电的研究工作，作者当时参加了这一工作。1962年主持设计了中国科学院电工研究所第一台小型模拟磁流体发电试验机组，由上海先锋电机厂加工。于1964年初安装完毕，燃烧汽油和纯氧，第一次在我国发电80瓦，运行1分钟。经过一定的改进，1965年发电300瓦运行3分钟。并在1966年初中国科学院成果展览会上展出该机组的模型。1971年南京工学院磁流体工作组研制成我国第一台小型民用长时间磁流体发电机组。1978年该机组最高发电量达12千瓦，累计运行100小时。1972年上海电机厂特种电机研究室研制成当时在我国容量最大的短时间磁流体发电机。输出电功率580千瓦，运行1分钟。采用了无极头鞍形磁体，成功地在小机组上完成了自励试验。以上这些工作，为我国磁流体发电技术的发展打下了良好的基础。相信我国从事磁流体发电研究的广大工程技术人员，会在这个领域内取得更大的成绩。