联合循环磁流体动力发电系统中的详细与简化等离子体模型

磁流体动力学（Magnetohydrodynamics, MHD）是研究导电流体（等离子体）动力学的学科，可应用于发电。作为一种无需运动部件即可产生直流电的独特技术，它可用于高温顶部动力循环，与传统底部动力循环结合，形成联合循环MHD系统。本研究给出了在施加磁场下运动等离子体内电场和电流密度场的控制方程。建模方程按四个复杂度递减的层次描述。第一层建模是最一般的情况，对电场、等离子体速度场、施加磁场或电极几何形状不做任何假设。第二层建模中，磁场被视为一维。第三层建模考虑了一种特定的法拉第型磁流体动力学等离子体发生器通道，具有两个作为平行恒压端子的连续电极。在第四层（也是最简单的）建模中，通过将霍尔参数设为零并用标量替代所有矢量场，做了进一步近似。对于该最简单模型，一组代表性运行条件（电导率20 S/m，温度2800 K，超声速等离子体气体速度2000 m/s，马赫数2.134，磁通密度5 T）表明，从单位体积等离子体中可提取的最优理想化电功率估计为500 MW/m³。这远大于往复活塞式发动机（0.2 MW/m³）或旋转燃气涡轮发动机（0.5 MW/m³）的典型体积功率密度。如此极高的功率密度使得非常紧凑的发电单元成为可能。