一种水冷电极磁流体发电通道装置

1.本发明属于磁流体动力技术领域，具体涉及一种水冷电极磁流体发电通道装置。


背景技术：

2.磁流体发电技术就是用燃料直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电能，由于无需经过机械转换环节，所以称之为直接发电，其燃料利用率得到显著提高。
3.导电流体在通道中横越磁场流过时，由于电磁感应而在垂直于磁场和流速的方向上感生出一个电场，如把导电流体与外负载相接，导电流体中的能量就可直接转换成电能，向外输出，省去普通发电机组中某些能量转换的中间过程，在这种发电装置中主要部件是发电通道、电极和磁场。
4.磁流体发电无需运动部件，结构紧凑，起动迅速，环境污染小，可以直接从导电流体中进行能量提取。它的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导电流体在通道中切割磁感线产生感应电动势，对电能进行提取并输出。磁流体发电在高超声速飞行器机载供电技术领域具有广阔的应用前景，进行相关的地面试验研究具有重要意义。
5.磁流体发电通道是磁流体发电的核心机构，其中的热电磁转换过程就发生在该机构内。在不同的应用领域，磁流体发电通道的结构与运行原理也不尽相同，目前，针对磁流体发电通道的研制工作主要集中在结构简单、原理清晰、效率较高的直线型磁流体通道。根据原理的不同，直线型磁流体发电通道又分为连续电极型、分段法拉第型、霍尔型和对角线型。分段法拉第型磁流体发电通道由于原理清晰、结构简单、稳定性好，被广泛应用到霍尔参数和通道尺寸都比较小的磁流体发电系统中。
6.开展磁流体发电实验研究首先要产生导电流体，对于空气，在2000k才开始微弱电离，在4000k以上才能产生满足开展磁流体发电实验的导电流体。开展磁流体技术实验时，通常采用向高温燃气中注入电离种子的方式来获得磁流体发电工质。这种情况下，流经发电通道的流体温度一般在2000k以上，在高温条件下长时间稳定工作成为了磁流体发电通道设计的主要技术难题，高温会给发电通道带来诸如壁面烧蚀，电极表面氧化，通道热变形等问题。
7.目前，磁流体发电装置经常采用热沉式结构，该方式虽然可以降低发电通道的设计要求，但是由于高温气流的烧蚀，该类装置的通道工作寿命较短。


技术实现要素：

8.为了克服磁流体发电装置中通道工作寿命短的不足，本发明提出了一种水冷电极磁流体发电通道装置。
9.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
10.一种水冷电极磁流体发电通道装置主要由电极、通道、侧板、端部、绝缘块、连接
件、平台组成。
11.所述通道为长方体形空心结构，两端开口，在通道侧壁设置有与所述电极相匹配的电极通孔，所述电极通孔相对所述通道对称设置；所述通道穿过所述端部，与所述端部配合相接；所述通道由高温结构陶瓷材料制成；所述电极成对分别位于所述通道两侧。
12.所述侧板位于所述端部和所述电极所在的通道两侧，所述电极穿过所述侧板，在所述通道两侧的所述绝缘块的外侧。所述连接件通过所述端部使两侧板、端部固定连接。所述侧板位于所述平台上；侧板的两端分别设有4个螺杆孔，用于固定侧板和端部，侧板的螺杆孔与端部的螺杆孔相对应。
13.所述绝缘块由绝缘材料制成，相对所述通道对称放置，位于所述电极所在的通道的两侧，且位于通道同一侧的所述电极之间，所述绝缘块在通道和侧板之间。
14.所述平台由绝缘材料制成，位于所述电极、所述侧板、所述端部、所述绝缘块、磁极的下侧。
15.上述的发电通道装置，所述通道水平放置，外表面长度为l1，l1＝390～520mm，宽度为l2，l2＝160～200mm，高度为l3，l3＝30～40mm，壁厚为l4，l4＝2～4mm；长度方向的两端开口。电极通孔截面为正方形，长度和高度均与所述通道高度l3相等，深度与所述通道的壁厚l4相等；电极通孔与电极通孔的间距等于所述通道高度l3；所述电极通孔至通道端的最近距离等于所述通道高度l3的2倍。
16.所述通道由氧化铝al2o3或氮化硅bn或碳化硼b4c制成。
17.上述的水冷电极磁流体发电通道装置，所述电极与通道的电极通孔匹配相接，所述电极为长方体形，水平放置，宽度与高度相等，均等于所述通道高度l3，长度l5等于所述通道高度l3的2～3倍；自电极上端面和远离通道的端面设置有垂直端面的直盲孔，两个所述直盲孔相通，为所述电极的水冷通孔，所述水冷通孔用于冷却水通过，对所述电极进行冷却，相通所述两个直盲孔均相对电极长度方向中心线所在的垂直截面对称。所述电极上端面的直盲孔至接触通道端面的最近距离等于所述通道高度l3的四分之一，所述电极远离通道的端面上的直盲孔位于所在端面的中心，相通两个直盲孔在其端面的截面形状相同，所述直盲孔截面为正方形截面，所述正方形截面的边长等于所述通道高度l3的二分之一。
18.所述电极由纯铜或钨铜合金制备而成。
19.上述的水冷电极磁流体发电通道装置，所述端部为带通孔的长方体，长度等于所述通道高度l3的2倍，长度方向与所述通道长度方向一致；宽度为l6，l6＝220～480mm，宽度方向与所述通道宽度方向一致；高度为l7，l7＝90～120mm，高度方向与所述通道高度方向一致，端部通孔称为端部通孔，所述端部通孔的方向为所述端部的长度方向；所述端部通孔与通道外部结构形状匹配，所述通道穿过所述端部通孔，位于端部长度方向中心线垂直截面的中心。所述端部材料与所述通道使用材料相同。
20.上述的水冷电极磁流体发电通道装置，所述连接件由螺杆和螺拴组成，所述螺杆和所述螺拴配合使用，用于连接所述端部和所述侧板，且将所述电极、所述绝缘块固定。
21.上述的水冷电极磁流体发电通道装置，所述侧板为长方形板，长度等于所述通道长度l1，高度等于所述端部高度l7。
22.本发明的有益效果是：
23.一种水冷电极磁流体发电通道装置，通道采用高温结构陶瓷材料制成，避免通道
内气流温度过高烧蚀侧壁，提高了通道寿命，可实现长时间开展磁流体发电实验研究；陶瓷通道降低了通道内壁面处的温度梯度，提高了近壁面处的温度，有助于提高发电通道的性能。
24.电极采用钨铜合金或紫铜等导电性能好且耐温较高的材料加工而成，且每个电极单独通过冷却水进行冷却，可以提高电极的冷却效果。
25.组成装置的各构件易组装、易拆卸，电极更换方便。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
27.图1本发明俯视图；
28.图2本发明正视图；
29.图3本发明左视图；
30.图4通道示意图；
31.图5通道正视图；
32.图6电极示意图；
33.图7端部示意图；
34.图8平台俯视图；
35.图9平台正视图。
36.图中：1.电极；2.通道；3.侧板；4.端部；5.绝缘块；6.连接件；7.平台。
具体实施方式
37.实施例1
38.一种水冷电极磁流体发电通道装置主要由电极1、通道2、侧板3、端部4、绝缘块5、连接件6、平台7组成。
39.发电通道装置工作时，磁流体自通道2一端进入，穿过通道2，从通道2另一端流出；电极1成对分别位于通道2两侧，成对电极1相对通道2对称放置；磁场穿过通道2，磁极成对分别位于电极1所在通道2的另外两侧。
40.发电通道装置下部为平台7，两侧为侧板3，两端为端部4，侧板3位于平台7之上。
41.通道2穿过端部4，与端部4配合相接。
42.侧板3有两块，分别位于端部4和电极1所在的通道2两侧，电极1穿过侧板3；连接件6通过端部4使两侧板3、端部4固定连接。
43.绝缘块5由绝缘材料制成，相对通道2对称放置，位于电极1所在的通道2的两侧，且位于通道2同一侧的电极1之间，使电极1相互绝缘，绝缘块5在通道2和侧板3之间。
44.通道2为长方体形空心结构，两端开口；工作时，磁流体由通道2内通过，磁力线由电极1所在通道2的另外两侧穿过。
45.通道2水平放置，外表面的长度为l1，l1＝390～520mm，宽度为l2，l2＝160～200mm，高度为l3，l3＝30～40mm，壁厚为l4，l4＝2～4mm。长度方向的两端开口，长度方向为磁流体通过的方向，磁力线垂直穿过通道2，在通道2侧壁设置有与电极1相匹配的电极通孔，电极通孔相对通道2对称设置，用于放置电极1，电极1与流过的磁流体相接触，得到或失去电子；
电极通孔截面为正方形，长度和高度均与通道2高度l3相等，深度与通道2的壁厚l4相等。电极通孔与电极通孔的间距等于通道2高度l3；电极通孔至通道端的最近距离等于通道2高度l3的2倍。
46.通道2由氧化铝al2o3或氮化硅bn或碳化硼b4c高温结构陶瓷材料制成，绝缘。
47.电极1位于通道2两侧，成对出现；与通道2的电极通孔匹配相接，在磁场作用下，磁流体在通道内切割磁力线，成对电极1形成动生电动势。电极1与通道2相连接的端面为正方形，形状与电极通孔一致。
48.电极1为长方体形，水平放置，宽度与高度相等，均等于通道2高度l3，电极1与通道2配合相接端为正方形，长度l5等于通道2高度l3的2～3倍；自电极1上端面和远离通道2的端面设置有垂直端面的直盲孔，两个直盲孔相通，为电极1的水冷通孔，水冷通孔用于冷却水通过，对电极1进行冷却，相通两个直盲孔均相对电极1长度方向中心线所在的垂直截面对称。电极1上端面的直盲孔至接触通道2端面的最近距离等于通道2高度l3的四分之一，电极1远离通道的端面上的直盲孔位于所在端面的中心，相通两个直盲孔在其端面的截面形状相同，直盲孔截面为正方形截面，正方形截面的边长等于通道2高度l3的二分之一。
49.电极1由纯铜或钨铜合金制备而成。
50.端部4为带通孔的长方体，长度等于通道2高度l3的2倍，长度方向与通道2长度方向一致；宽度为l6，l6＝220～480mm，宽度方向与通道2宽度方向一致；高度为l7，l7＝90～120mm，高度方向与通道2高度方向一致，该通孔称为端部通孔，端部通孔的方向为端部4的长度方向。端部通孔与通道2外部结构形状匹配，通道2穿过端部通孔，位于端部4长度方向中心线垂直截面的中心。
51.沿端部4宽度方向设置4个安装连接件的螺杆孔，用于连接件的螺杆和螺拴将端部4和侧板3的连接在一起。
52.端部4材料与通道2使用材料相同。
53.侧板3为长方形板，长度等于通道2长度l1，高度等于端部4高度l7。
54.侧板3位于平台上，在端部、绝缘块的一侧，电极穿过侧板3。
55.侧板3的两端分别设有4个螺杆孔，用于固定侧板3和端部4，侧板3的螺杆孔与端部4的螺杆孔相对应。
56.侧板3由绝缘材料制成。
57.绝缘块5材料与通道2材料相同，位于平台7上，电极1之间，起到固定电极1和绝缘的作用。
58.平台7由绝缘材料制成，支撑电极1、侧板3、端部4、绝缘块5、磁极，位于被支撑构件的下侧。平台7上表面形状结构与被支撑构件相匹配，使被支撑构件处于相应的高度。
59.连接件6由螺杆和螺拴组成，螺杆和螺拴配合使用，用于连接端部4和侧板3，且将电极1、绝缘块5固定。
60.表1发电通道装置组成构件的相关参数 单位：mm
[0061] 实施例1实施例2实施例3l1390455520l2160180200l3303540
l4234通道材料al2o3bnb4c电极材料纯铜钨铜合金纯铜l560105100l6220250480l790105120

技术特征：
1.一种水冷电极磁流体发电通道装置，其特征在于，主要由电极(1)、通道(2)、侧板(3)、端部(4)、绝缘块(5)、连接件(6)、平台(7)组成；所述通道(2)为长方体形空心结构，两端开口，在通道(2)侧壁设置有与所述电极(1)相匹配的电极通孔，所述电极通孔相对所述通道(2)对称设置；所述通道(2)穿过所述端部(4)，与所述端部(4)配合相接；所述通道(2)由高温结构陶瓷材料制成；所述电极(1)成对分别位于所述通道(2)两侧；所述侧板(3)位于所述端部(4)和所述电极(1)所在的通道(2)两侧，所述电极(1)穿过所述侧板(3)，在所述通道(2)两侧的所述绝缘块(5)的外侧；所述连接件(6)通过所述端部(4)使两侧板(3)、端部(4)固定连接；所述侧板(3)位于所述平台(7)上；侧板(3)的两端分别设有4个螺杆孔，用于固定侧板(3)和端部(4)，侧板(3)的螺杆孔与端部(4)的螺杆孔相对应；所述绝缘块(5)由绝缘材料制成，相对所述通道(2)对称放置，位于所述电极(1)所在的通道(2)的两侧，且位于通道(2)同一侧的所述电极(1)之间，所述绝缘块(5)在通道(2)和侧板(3)之间；所述平台(7)由绝缘材料制成，位于所述电极(1)、所述侧板(3)、所述端部(4)、所述绝缘块(5)、磁极的下侧。2.根据权利要求1所述的水冷电极磁流体发电通道装置，其特征在于，所述通道(2)水平放置，外表面长度为l1，l1＝390～520mm，宽度为l2，l2＝160～200mm，高度为l3，l3＝30～40mm，壁厚为l4，l4＝2～4mm；长度方向的两端开口；电极通孔截面为正方形，长度和高度均与所述通道(2)高度l3相等，深度与所述通道(2)的壁厚l4相等；电极通孔与电极通孔的间距等于所述通道(2)高度l3；所述电极通孔至通道端的最近距离等于所述通道(2)高度l3的2倍；所述通道(2)由氧化铝al2o3或氮化硅bn或碳化硼b4c制成。3.根据权利要求1所述的水冷电极磁流体发电通道装置，其特征在于，所述电极(1)与通道(2)的电极通孔匹配相接，所述电极(1)为长方体形，水平放置，宽度与高度相等，均等于所述通道(2)高度l3，长度l5等于所述通道(2)高度l3的2～3倍；自电极(1)上端面和远离通道(2)的端面设置有垂直端面的直盲孔，两个所述直盲孔相通，为所述电极(1)的水冷通孔，所述水冷通孔用于冷却水通过，对所述电极(1)进行冷却，相通所述两个直盲孔均相对电极(1)长度方向中心线所在的垂直截面对称；所述电极(1)上端面的直盲孔至接触通道(2)端面的最近距离等于所述通道(2)高度l3的四分之一，所述电极(1)远离通道的端面上的直盲孔位于所在端面的中心，相通两个直盲孔在其端面的截面形状相同，所述直盲孔截面为正方形截面，所述正方形截面的边长等于所述通道(2)高度l3的二分之一；所述电极(1)由纯铜或钨铜合金制备而成。4.根据权利要求1所述的水冷电极磁流体发电通道装置，其特征在于，所述端部(4)为带通孔的长方体，长度等于所述通道(2)高度l3的2倍，长度方向与所述通道(2)长度方向一致；宽度为l6，l6＝220～480mm，宽度方向与所述通道(2)宽度方向一致；高度为l7，l7＝90～120mm，高度方向与所述通道(2)高度方向一致，端部(4)通孔称为端部通孔，所述端部通孔的方向为所述端部(4)的长度方向；所述端部通孔与通道(2)外部结构形状匹配，所述通道(2)穿过所述端部通孔，位于端部(4)长度方向中心线垂直截面的中心；所述端部(4)材料与
所述通道(2)使用材料相同。5.根据权利要求1所述的水冷电极磁流体发电装置，其特征在于，所述连接件(6)由螺杆和螺拴组成，所述螺杆和所述螺拴配合使用，用于连接所述端部(4)和所述侧板(3)，且将所述电极(1)、所述绝缘块(5)固定。6.根据权利要求1所述的水冷电极磁流体发电通道装置，其特征在于，所述侧板(3)为长方形板，长度等于所述通道(2)长度l1，高度等于所述端部(4)高度l7。

技术总结
本发明涉及一种水冷电极磁流体发电通道装置，主要由电极、通道、侧板、端部、绝缘块、连接件、平台组成。通道为长方体形空心结构，两端开口，在通道侧壁设置有与电极相匹配的电极通孔，电极通孔相对通道对称设置；通道由高温结构陶瓷材料制成；电极成对分别位于通道两侧，侧板位于端部和电极所在的通道两侧，电极穿过侧板，在通道两侧的绝缘块的外侧；平台由绝缘材料制成，位于电极、侧板、端部、绝缘块、磁极的下侧。该装置提高了通道寿命，实现了长时间开展磁流体发电实验研究；电极单独通过冷却水进行冷却，提高了电极的冷却效果。提高了电极的冷却效果。提高了电极的冷却效果。


技术研发人员：李益文 陈戈 李玉琴 化为卓 张浦幼森 樊津钰
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学
技术研发日：2022.04.06
技术公布日：2022/7/4