磁流体推进技术概述
磁流体推进的研究
姓名：娄树旗 学号：20090916 班级：04120901 专业：电子科学与技术（光电子方向） 摘要：磁流体推进是利用海水中电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生推力的一种推进方法，可用于船舶、鱼雷、潜艇等水中作业工具，具有振动小、噪声低、操作灵活等优良特点。由于超导磁体的应用，目前磁流体推进技术已处于推进实用化研究阶段，大部分科学难题都已得到解决，但仍有少部分问题没有得到有效解决，比如如何完善超导材料及磁体技术。为了能够找到克服技术难题的关键，必须从工作原理对磁流体推进技术作详细的叙述，对磁流体推进器作系统的分析和对比，从中发现线索，找到突破口。
关键词：磁流体推进；超导磁体；工作原理
一、引言：
传统的船舶动力来源一般是人力、自然力、机械力，既耗时又耗力。现代船舶改用电力 作为推动装置，大大简化了操控过程，再加上核能发电技术的日益完善，现代船舶航行现状大为改观，船速更快，船向变化更灵敏。而磁流体概念的诞生又为现代推进技术增加了改进的可行性。
二、磁流体推进的工作原理：
法拉第研究出电与磁的关系后，世人对电磁之间的关系产生了极大的兴趣，以至于电磁技术在短时间内得到了长足的发展。磁流体推进技术便是电与磁相互作用的结果。
带电离子或者通电直导线在磁场中会受到力的作用，带电粒子受的力叫洛伦兹力，通电 导线受的力叫安培力。该力与离子运动速度或者导体棒中的电流满足左手系，即伸直左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向离子运动或导体棒中电流的方向，大拇指的指向就是带电粒子或者通电直导线受到的力的方向。磁流体推进技术就是依据以上的基本原理发展起来的。
我
们
先看一个磁流体推进简图（右图所示）。 此图为磁流体推进最简单的矩形通道
图，该矩形长、宽、高分别为L 、a 、b ，电流大小为I,
电流密度为J
，电源电动势为E ，穿过绝缘板的磁场的磁感应强度为B ，海水受力海水F ，矩形通道受力为推F ，海水流
速为u ，船速为船v 。
由上可知，船体受力不仅与流体电导率有关，还与流体流速有关。通过增大流体电导率可以增大磁流体推进器的推力；通过改进船身构造和材料可以减小流体阻力， 进而实现船体的高速运行。
三、磁流体推进器分类： 前面所述磁流体模型是最简单的，属线性磁流
体推进器，科学家所研究的和实验船所采用的磁流
体推进器都要比前述模型复杂的多。下面将对磁流
体推进器的分类作一概括。
按照通道形状可以将其分为线性、螺旋形、环
形和平板型，它们的工作原理都是一样的，但实际
效果不同。
螺旋形磁流体推进器可以分为单螺旋、双螺旋、多螺旋三种情况，这三种情况的实际作用效果也是不一样的，多螺旋磁流体推进器的效率更高，在电流相等的情况下可以提供更大的推力，但结构复杂，成本高。
环形磁流体推进器可以分为单环和多环，单环磁流体推进器的磁体还可以分为跑道型和工字型两类。跑道型磁体漏磁比较大，磁能利用率偏低，而工字型磁体由于结构不同，漏磁较跑道型要小，磁能利用率高。
平板型磁流体推进器按磁体和电极的布局可以分为竖板和卧板两类。竖板磁流体推进器由于地磁场的影响会产生不平衡的推力，而卧板磁流体推进器由于磁体卧置，其磁场轴线与地磁场轴线垂直，消除了地磁场的影响。
四、磁流体推进缺点剖析：
前面已经说了，磁流体推进是一项伟大的科学手段，其优点有很多，比如安静、高速运行，布局比较灵活，操作比较容易等。但任何一项科研成果都是既有利又有弊，磁流体推进技术也不例外，它有以下几个缺点：
（1） 产生气泡
由于磁流体推进器中有两个电极，而海水又是电解质，因此，在电极处会有海水的电离，所产生的2H 和2Cl 等气体融入水中便成为气泡。气泡进入海水中后会使海水的电导率降低，影响船的运行；另外，若气泡聚集在电极附近，则会使电极与海水接触的界面电阻增加，同样影响船速。
（2） 有噪声
前面说的安静运行只是相对的，其实磁流体推进器在工作时产生的气泡进入海水中会破裂，产生一定的噪声。对于要求隐蔽性能很好的潜艇来说，这种缺点是致命的。
（3）漏磁现象
为了产生足够大的推力，需要有足够大的磁场，目前科学家正在尝试利用超导磁体产生强磁场的方法增大推力。但是，任何磁体都会存在漏磁现象，而且由于磁体的不同，结构的迥异，漏磁多少不一。漏磁会降低磁场强度，从而减小推力，影响船的正常运行。
（4）环境污染
磁流体通道产生的“合成”海水中含有NaClO等污染物，它会影响海藻、甲壳类等海洋生物的生长。
五、发展前景：
磁流体推进技术是一项先进的、前沿的、复杂的科学技术，它涉及电磁学、流体力学、电化学等多种学科，综合性强，它会成为21世纪船舶主要的动力系统。虽然还有许多技术难题有待解决，但磁流体推进理念已经相当完善，相信随着科技的飞速发展和新技术新工艺的出现，这些技术难题一定会被攻克。从依靠自然力推进到发明电力推进，百余年悄然走过；从磁流体理念诞生到如今磁流体推进技术的逐渐完善，短短30年见证一切。磁流体推进技术的日新月异必将带来新的技术革命，它的意义可以与飞机的喷气推进代替螺旋桨推进相媲美。
参考文献：
[1]磁流体推进/谭作武，恽嘉陵编著·-北京：北京工业大学出版社，1999
[2]大学物理·上册/苟秉聪，胡海云主编·-北京：国防工业出版社，2009.1
[3]大学物理·下册/苟秉聪，胡海云主编·-北京：国防工业出版社，2010.1
[4]磁流体力学/吴其芬，李桦编著·-长沙：国防科技大学出版社，2007.1
磁流体发电机模型
1. 目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法不正确的是（） A. B板带正电 B. A板带正电 C. 其他条件不变，只增大射入速度，U AB增大 D. 其他条件不变，只增大磁感应强度，U AB增大 2. 磁流体发电是一项新兴技术，如图是它的示意图。相距为d的两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，P、Q板上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。若P、Q两板间的磁场、电场按匀强磁场、匀强电场处理，磁感应强度为B。 （1）求这个发电机的电动势E； （2）发电机的输出端a、b间接有阻值为R的电阻，发电机的内电阻为r。 a. 在图示磁极配置的情况下，判断通过电阻R的电流方向； b. 计算通过电阻R的电流大小I。 3. 如图是磁流体发电工作原理示意图。发电通道是个长方体，其中空部分的长、高、宽分别为1、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，这两个电极与负载电阻R相连。发电通道处于匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图。发电通道内有电阻率为 的高温等离子电离气体沿导管高速向右流动，运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电通道两端必须保持一定压强差，使得电离气体以不变的流速v 通过发电通道。不计电离气体所受的摩擦阻力。根据提供的信息完成下列问题：（1）判断发电机导体电极的正负极，求发电机的电动势E；
磁流体发电机霍尔效应整编_(教师)
电磁场的综合应用 一、 粒子速度选择器练习 如图，粒子以速度v 0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛 伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，根据qv 0B ＝qE , 得v 0=E/B ，故 若v= v 0=E/B ，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关 若v ＜E/B ，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加． 若v ＞E/B ，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少． 1、如图，水平放置的平行金属板a 、b 带有等量异种电荷，a 板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是：( ) A ．沿竖直方向向下 B ．沿竖直方向向上 C ．沿水平方向向左 D ．沿水平方向向右 2、如图，氕、氘、氚核以相同的动能射入速度选择器，结果氘核沿直 线运动，则 ( ) A ．偏向正极板的是氕核 B ．偏向正极板的是氚核 C ．射出时动能最大的是氕核 D ．射出时动能最大的是氚核 二、质谱仪: 组成：离子源O ，加速场U ，速度选择器（E 、B ），偏转场B 2，胶片． 原理：加速场中221mv qu = 选择器中:1 B E v = 偏转场中:d ＝2r ，r v m qvB 22=，则：比荷:d B B E m q 212=质量E dq B B m 221=作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素． 3、如图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E 。平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A 1A 2。平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场。下列表述不正确的是（ ） A ．质谱仪是分析同位素的重要工具 B ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E/B D ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小 4、是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法使某有机化合物的 气态分子导入图中所示的容器A 中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。分子离子从狭缝s 1以很小的速度进入电压为U 的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s 2、s 3射入磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ 。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s 3的细线。若测得细线到狭缝s 3的距离为d ，请你导出分子离子的质量m 的表达式。
超导磁流体潜艇
超导磁流体潜艇 概述 尽管人们在近百年的时间里,对潜艇进行了不断的改进和创新,但目前最有效的推进方式仍是螺旋桨_针对螺旋桨推进的效率问题、噪声问题,人们又进行了大量的改良,但要从根本上解决问题,寻找一种高效替代方式才是治本之法终于,数十年来电磁学的进展、十余年来超导材料科学的突破以及现代控制方式的引入催生了超导磁流体推进器这种全新的推进器方式。[1] 与现役的常规潜艇或核潜艇相比，超导潜艇具有结构简单、推力大、航速高、无噪声、无污染、造价低等显著优点，被许多军事专家看好。 编辑本段研究背景 早在70年代，美、俄、英、日等国就己开展超导技术在海军舰艇方面的应用研究，随着新型超导材料的出现，实际应用成为可能。与传统机械转动类推进器(譬如螺旋桨、水泵喷水推进器等)相比较，磁流体推进器的不同点在于：前者使用机械动力作为推力而后者使用电磁力。正因为如此，磁流体推进器无须配备螺旋桨桨叶、齿轮传动机构和轴泵等，是一个完全静止的设备。一旦现代潜艇使用了这种推进器，便从根本上消除了因机械转动而产生的振动、噪音、高速旋转的螺旋桨推进系统机械材料强度以及功率限制，而能在几乎绝对安静的状态下以极高的航速航行。据理论计算其航速可达150节，而这是任何机械转动类推进器不可能实现的。[1] 编辑本段工作原理 超导磁流体推进装置是根据电磁原理设计的。在潜艇上安装电磁铁，通电后，海水中就会有磁力线，同时产生方向与磁力垂直的电流，在磁场和电流相互作用下，由于潜艇与海水之间产生大小相等方向相反的反作用力，潜艇将获得向前运动的推力，推力的大小与磁场强度和电流大小的乘积成正比。磁流体推进技术已在一些国家获得应用，但目前它的磁场还不能满足潜艇的要求。而超导技术正是解决这一问题的关键。
科技成果——磁流体推进技术
科技成果——磁流体推进技术 技术开发单位中科院电工研究所 项目简介 该技术是利用海水通过磁场而产生的电磁力来推动海洋装置前进的新技术，它取代了传统螺旋桨、轴系、减速齿轮等结构，极大地降低了噪声；推进器的磁体、电极等是相对静止的固定装置，不受旋转机械极限功率的限制，可制造超大功率的高速海水推进器，理论航行速度可达150节。 操作简便灵活，改变电极电流的方向和大小就可以改变推进装置推力的方向及大小，空间布局灵活，推进器安静舒适。目前，已研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进试验船HEMS-1号，船长为3.2米，排水量约1吨，可搭乘1人，中心磁场为5特斯拉，采用不锈钢镀铂电极，推力可达40-50牛顿，船速2节。该成果获中国科学院2000年科技进步二等奖。 应用范围低噪音海洋环境勘察、海洋观光旅游。 项目所处阶段实验室研究。 市场前景 世界游轮协会资助完成的一项研究显示，美国人口中有12.3%的人曾经乘坐过游轮，每年还有数以百万的人加入到这个队伍中来；超过6800万的美国人希望乘坐游轮，超过4300万人确定会成行，这意味着潜在的游轮度假市场至少达到570亿美元，最高可能达到850亿美元。我国自1976年9月日本国际游轮珊瑚公主号首次停靠大连港，
访问中国沿海港口的游轮数量逐年上升。据《2010-2011中国邮轮发展报告》，2010年乘坐游轮赴海外旅游的出入境大陆游客达到79万人次，比上年增长20.1%。同时还有正在兴起的游艇项目，可见我国市场发展潜力巨大。应用磁流体推进技术，可形成海上观光游轮、游艇，海底观光的水下推进器，实现广大民众的海底观光愿望。磁流体推进技术噪音低、环保，对水下生物影响小，是一种环保、绿色的海洋观光技术。 合作方式 技术转让、技术入股、合作开发
关于磁流体发电的论文
浅析磁流体发电机的原理及其应用 摘要:阐明磁流体发电机,又叫等离子发电机的原理。它是根据电磁感应原理,用导电流体,例如气体或液体,与磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电时,将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利用磁场对带电的流体产生的作用,从而发出电来。 关键词:磁流体发电机;电场力;洛伦兹力;电动势;压强差;最大电流;功率 磁流体发电是一种新型的发电技术,它的非静电力是洛伦兹力。磁流体发电机是将内能直接转化为电能的装置。本文对磁流体发电机的工作原理及其所涉及的一些物理参量进行阐述, 1 工作原理 磁流体发电机由燃烧室、发电通道和偏转磁场组成,在很高的温度(大约超过2000℃)下,燃料与氧化剂在燃烧室混合、燃烧后,电离为导电的正负离子(即等离子体),并以几百米每秒的高速奔入磁场,在洛伦兹力的作用下,正、负离子分别向上、下极板偏转,两极板因聚集正、负电荷而产生静电场。这时,等离子体同时受到方向相反的洛伦兹力和电场力的作用。当电场力小于洛伦兹力时,离子继续偏转,两极电势差随之增大;当电场力等于洛伦兹力时,离子匀速穿过磁场,两极电势差达到最大值,即为电源电动势。 2 有关物理量的计算 2.1 电动势 电源最重要的两个参数是电源的电动势和内电阻。现设两极板间距为d,根据两板电势差到达最大时,等离子体所受到的电场力和洛伦兹力相等,即Bqv=Eq,又由U=Ed,可知此时两极板的电势差为U=Bdv,当外电路断路时,电源的路端电压等于电源电动势时,此磁流体发电机的电动势即为E=Bdv。 2.2 发电通道两端的压强差的计算 2.3 带电粒子单位时间内打到极板的个数 设外电路的用电器的电阻为R,额定功率为P,设每个正负离子所带的电荷量均为q。若用电器正常工作,由P=I 2R,I=PR,每秒通过用电器的电量为Q=It=PR,由于要保持正负两极之间
浅谈磁流体推进器
题目： 浅谈磁流体推进器 院系：理学院物理系
2017年6月14日
浅谈磁流体推进器 摘要 磁流体推进器是利用局部空间内海水中电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生推进力的一种新型推进装置，可用于船舶、鱼雷、潜艇等水中作业工具。由于其具有振动小、噪音低、操作灵活等优点，其在潜艇等军事单位方面的极具研究与应用价值。本文将浅谈磁流体推进器的基本工作原理，简要分析影响磁流体推进器工作效率的主要因素并试提出改进方向。磁流体推进器投入使用已有约三十年的历史，一些在世界上对磁流体推进器应用处于领先水平的船舶、潜艇等大都采用超导磁体提供磁场，但磁流体推进技术目前仍尚处于初级阶段，许多关键技术有待深入研究和突破。 关键词：磁流体推进器，推进力，潜艇，超导磁体. 一、引言 传统机械传动类推进器（譬如螺旋桨、水泵喷水推进器等）主要使用机械动力作为推力，但传统推进器具有机械振动强、噪音大、隐蔽性差等缺点。 1
磁流体推进是一种综合性很强的高新技术，它涉及电磁学、流体力学、电化学等相互交叉学科的理论，又涉及新结构、新材料、新控制方法等综合性技术。 船舶磁流体推进是近二三十年出现的一种新型的船舶推进方式，它是利用海水中的电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生反作用推进力的一种推进方法。船舶磁流体推进器具有高速、振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等特点。【1】1992年世界第一艘超导磁流体推进船“大和1号”的试航成功,标志着磁流体推进研究进入了一个新阶段,目前许多造船大国纷纷对此技术进行详细研究,并预测此种推进方式将是本世纪最具发展前景的船舶推进方式之一。 二、相关概念 1.磁流体推进器：磁流体推进器（英语：Magnetohydrodynamic Drive，MHD）狭义上是指 贯通海水的通道内建有一个磁场，这个磁场能对导电的海水产生电磁力作用，使之在通道内运动，若运动方向指向船艉，则反作用力便会推动船舶前进。【2】 2.磁流体：磁流体又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体 的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液（也叫媒体）以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。【3】需声明的是，本文中“磁流体”指在磁场中受力的作用的导电流体。 3.流体阻力：物体相对于流体运动所受的逆物体运动方向或沿来流速度方向的流体动力的分 力。 根据阻力产生原因分类，类型有摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、波阻以及兴波阻力等。 2
磁流体推进技术概述
磁流体推进的研究 姓名：娄树旗 学号：20090916 班级：04120901 专业：电子科学与技术（光电子方向） 摘要：磁流体推进是利用海水中电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生推力的一种推进方法，可用于船舶、鱼雷、潜艇等水中作业工具，具有振动小、噪声低、操作灵活等优良特点。由于超导磁体的应用，目前磁流体推进技术已处于推进实用化研究阶段，大部分科学难题都已得到解决，但仍有少部分问题没有得到有效解决，比如如何完善超导材料及磁体技术。为了能够找到克服技术难题的关键，必须从工作原理对磁流体推进技术作详细的叙述，对磁流体推进器作系统的分析和对比，从中发现线索，找到突破口。 关键词：磁流体推进；超导磁体；工作原理 一、引言： 传统的船舶动力来源一般是人力、自然力、机械力，既耗时又耗力。现代船舶改用电力 作为推动装置，大大简化了操控过程，再加上核能发电技术的日益完善，现代船舶航行现状大为改观，船速更快，船向变化更灵敏。而磁流体概念的诞生又为现代推进技术增加了改进的可行性。 二、磁流体推进的工作原理： 法拉第研究出电与磁的关系后，世人对电磁之间的关系产生了极大的兴趣，以至于电磁技术在短时间内得到了长足的发展。磁流体推进技术便是电与磁相互作用的结果。 带电离子或者通电直导线在磁场中会受到力的作用，带电粒子受的力叫洛伦兹力，通电 导线受的力叫安培力。该力与离子运动速度或者导体棒中的电流满足左手系，即伸直左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向离子运动或导体棒中电流的方向，大拇指的指向就是带电粒子或者通电直导线受到的力的方向。磁流体推进技术就是依据以上的基本原理发展起来的。 我 们 先看一个磁流体推进简图（右图所示）。 此图为磁流体推进最简单的矩形通道 图，该矩形长、宽、高分别为L 、a 、b ，电流大小为I, 电流密度为J ，电源电动势为E ，穿过绝缘板的磁场的磁感应强度为B ，海水受力海水F ，矩形通道受力为推F ，海水流 速为u ，船速为船v 。
磁流体发电技术
关于磁流体发电技术的几个问题 摘要：磁流体发电技术经过30多年的研究，已经取得相当大的进步。 但其本身技术的发展很大程度上取决于其他科学技术的发展和进步。本文首先介绍了磁流体发电的原理，然后简述了磁流体发电技术。尤其对开式磁流体发电技术及其装置进行了详细的阐述。最后，分析了通过提高发电机的效率、超导技术和解决耐高温材料等方面来改善发电技术的可行性。 关键词：磁流体 磁流体发电及其优点 发电机 超导技术 高温材料。 能源问题是21世纪世界面临的重大问题之一。我国的能源处于短缺中，又因能源储备有限，随着我国经济的飞速发展，随之面临着能源危机。而化石燃料的使用对大气造成的污染不可估量。寻找绿色无污染的能源替代品成为了当务之急，而磁流体发电技术可以解决上述的问题。 磁流体发电的研究开始于20世纪50年代末，其具有综合效率高、污染低、结构简单、启动快等优点。作为一种新型发电技术被认为是最可行、最具有竞争力的直接发电方式。迄今，中国、美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等都致力于这方面的研究和探索。随着科学技术的进步，磁流体发电具有广阔的发展空间和应用前景。 1.磁流体发电及其分类 磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有等离子状态，是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。 是导体流体以一定的速度垂直通过磁场进而以感生电动势产生电功率，能量从内能直接转化为电能。磁流体发电按其工作物质的循环方式可分为开式循环方式、闭式循环方式和液态金属循环方式。通常在高温和高速下，通过把钾、铯等碱金属加入到惰性的工作物质中来使其具有足够的电导率。和普通的风力、水利和核能发电，优点表现的很突出，其一是利用磁流体发电机发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万KW ，这就满足了一些需要大功率电力的场合。其二是节约燃料%25~%20，甚至更多，这是个巨大的数字，具有重要的经济意义。其三是污染少也是与普通火力发电比较而言。磁流体发电有“种子”回收装置，起自动脱硫作用，大气污染大为减少；联合循环热效率高，热污染比火力发电减少三分之一，比原子能发电减少一半，大大减少冷却水的用量。此外，还有单机容量大，可达千万千瓦1台；起动快，可在几秒钟内达到满负载；比功率很大，发电机体积和重量相对比较小等。本文将对最简单的开式磁流体发电系统进行研究和探讨。
磁性流体密封技术
■磁性流体密封技术 磁性流体密封技术是在磁性流体的基础上发展的，当磁性流体注 入具有磁场的间隙中时，它可以充满整个间隙，成为一种液体“O型 密封圈”。 磁性流体真空进给装置是一种把旋转运动传入真空容器的装置， 其基本构成为一个永久磁场，两个磁极，一个磁性转动轴和磁性流体。 传动轴是一个多级结构，由磁极和转轴组成。在每级环形间隙中，充 满了磁性流体。在理想状态下，所有磁性流体密封在每一级极间与磁 极之间，形成一系列的“磁性流体密封圈”。每级“磁性流体密封圈” 能随的压差0.15-0.2个大气压，整个区域的随能力为密封圈子总的承 压能力，为适应真空环境，磁性流体密封圈标准设计压力大于两个大 气压，所以说是绝对安全的。 Magnetic fluid Sealing Technique Sealing techniques of magnetic fluid take advantage of response of Magnetic fluids. When a Magnetic fluid is placed into a gap between the surfaces of rotating and stationary elements in the presence of magnetic fluid, it assumes the shape of a"Liquid O-ring" to comple电话y fill the gap. The magnetic fluid vacuum rotary feed through is a device that transmits rotary motion into a vacuum chamber. The basic components are permanent magnet, two pole pieces, a magnetically permeable shaft and Magnetic fluid. The shaft (of pole pieces) contains a multistage structure, completed bye the pole pieces and the shaft, concentrating magnetic flux in the radial gap under each stage. In the ideal situation, all flux lines are confined under each stage, and none are in interstate region. The magnetic fluid is trapped and
磁流体发电机的原理及应用
磁流体发电机的原理及应用 刘升 随着人们对环保要求的提高，人们逐渐淘汰火力发电，转向其他更环保的发电方式。磁流体发电就是其中一种。本文就磁流体发电的基本原理的几种理想模型进行分析，并结合实际生产将理想模型实际化，简要地阐述了磁流体发电机的发展前景和所面临的问题和一些不成熟解决方法。 首先介绍一下磁流体发电机。磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据电磁感应原理，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。 下面简单介绍一下磁流体发电机的原理和理想模型电动势、电功率推导。 如图所示，在外磁场中的载流导体除受安培力之外，还会在与电流、外磁场垂直的方向上出现电荷分离，而产生电势差或电场，称其为霍尔效应。若载流导体为导电的流体粒子，以很高的速度射入磁场，就可在两极板间产生电动势。从微观角度来说，当一束速度是v 的粒子进入磁场强度为B 的磁场一段时间后，粒子所受的电场力和洛伦兹力相等 Bv E Bvq Eq == 这时，粒子进入磁场后不再发生偏转，它所产生的电动势 Bvd Ed ==ε 这样就形成了磁流体发电机的原型。 利用下图进行理想模型电动势、电功率的推导。 我们可以将运动的粒子可看成一根根切割磁力线的导电棒，根据法拉第电磁感应定律，会在棒两端产生动生电动势，如下图所示： 霍尔效应示意图 —
为了方便求解，假设0v 在运动过程中不变，其中p F 是外界的推力，A F 是安培力。 () 2 2 2 02 2 02 00max 0r R R d v B r R R v F p r R d v B F F I r R d Bv r R I R dKq Bv I p Kq I d Bv BId F F L L L L p L A p L L L A p += +=+= =<+= += ======饱和 饱和饱和时，当外接电阻是 ε εε 所以利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。 实际情况下，考虑等离子体本身的导电性质，输出功率需要乘以一定的系数，工业上常用的公式是：()k -1Bk 40v P σ=.其中参数的参考值是： 7 .0~6.0,1000, 6~5,20~101 01 =≈==--k ms v T B Sm σ 作为一种新型高效清洁的发电方式，磁流体发电机有着很广阔的前景。磁流体发电机没有运动部件，结构紧凑，起动迅速，环境污染小，有很多优点。特别是它的排气温度高达2000℃，可通入锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。这种磁流体－蒸汽动力联合循环电站，一次燃烧两级发电，比现有火力发电站的热效率高10－20%，节省燃料30%，是火力发电技术改造的重要方向。伴随它的优点而产生了一大堆技术难题。磁流体发电机中，运行的是温度在三、四千度的导电流体，它们是高温下电离的气体。为进行有效的电力生产，电离了的气体导电性能还不够，因此，还要在其中加入钾、铯等金属离子。但是，当这种含有金 d 电动势、电功率模型原理图
具有双螺旋通道的新型三相交流磁流体推进器
第２９卷第１期２０１０年１月 电工电能新技术 ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ Ｖ０１．２９，Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１０ 具有双螺旋通道的新型三相交流磁流体推进器 井岩，马秀娟，许承斌 （哈尔滨工业大学（威海）信息科学与工程学院，山东威海２６４２０９） 摘要：本文首先提出了一种具有双螺旋通道的新型三相交流磁流体推进器，介绍了其圆筒形磁体外部磁场的屏蔽方式：强磁屏蔽和抗磁屏蔽。分析了在不同的屏蔽方式下磁体外部磁场的分布。最后导出在外螺旋通道产生的电磁力与各参量的关系。 关键词：磁流体；推进器；三相交流；双螺旋通道 中图分类号：Ｕ６６４．３文献标识码：Ａ文章编号：１００３－３０７６（２０１０）Ｏｌ－００１３－０３ ｌ引言 文献［１］提出一种船用磁流体推进器，其工作原理是：当圆筒形超导磁体线圈中流过对称三相正弦电流时将产生旋转磁场，该旋转磁场对圆筒形超导磁体内部的螺旋通道（简称内螺旋通道）中海水作用产生电磁力，此电磁力与通道体积成正比。为增大磁流体推进器产生的电磁力，可利用圆筒形超导磁体外部的旋转磁场，在圆筒形磁体外部增设一个螺旋通道（简称外螺旋通道），这样便构成双螺旋通道磁流体推进器。内螺旋通道的结构及其产生的电磁力已在文献［１］中阐述，本文不再提及。外螺旋通道的结构与其中海水产生电磁力的机理与内螺旋通道相同。然而圆筒形磁体内部磁场与外部磁场的分布是不同的，这是因为二者的边界条件不同（描述磁场的方程仍相同）。圆筒形磁体外部磁场的边界条件决定于磁屏蔽方式。所以本文将依次讨论圆筒形磁体外磁场的屏蔽、在不同的屏蔽方式下外磁场的分布以及外螺旋通道内海水产生的电磁力。 ２圆筒形超导磁体外磁场的屏蔽 圆筒形超导磁体的横断面图以及在无屏蔽条件下旋转磁场某瞬间的分布如图１（ａ）所示，图中Ｒ，与Ｒ：分别表示圆筒超导磁体外半径与内半径。设超导磁体建立的旋转磁场： 在ｒ＝Ｒ。处， 曰，（ｒ）＝Ｂ。ＣＯＳ（口一∞，ｔ）（１）当ｒ－＋∞时， 曰，（ｒ）＝０（２）式中Ｂ，（ｒ）为磁感应强度的径向分量；∞，为旋转磁场相对于海水的旋转角速度。 本文将要证明，在无屏蔽条件下，外磁场的曰，（ｒ）与半径ｒ的平方成反比。此旋转磁场会对船舶设备带来不利影响，必须加以屏蔽。目前有强磁屏蔽和抗磁屏蔽两种方式可供选用。 １）强磁屏蔽 采用铁磁材料制成圆筒形屏蔽，如图Ｉ（ｂ）所示，图中尺，和娥分别为圆筒屏蔽的内半径和外半径。Ｒ，应足够大，使磁感应强度径向分量日，（尺，）不大于铁磁材料的饱和值。屏蔽还应有足够的厚度，使其中的磁感应强度也不大于饱和值。在这种条件下，铁磁材料的磁导率远大于空气的磁导率，在屏蔽内表面附近的磁场方向，基本上可认为与此内表面垂直，故边界条件为： 当ｒ＝Ｒ，时， Ｂ。（ｒ）＝０（３）式中日。（ｒ）为空气中磁感应强度的周向分量（参见图Ｉ（ａ））。 ２）抗磁屏蔽 采用超导材料制成圆筒形磁屏蔽，如图１（ｅ）所示。由于超导材料具有抗磁性，当外磁场通过时，将会引起超导物质表面电流产生一个与它相反的磁 收稿日期：２００９．－０４－１９ 作者筒介：井岩（１９７６一），女，辽宁籍，讲师，硕士，从事电机及船舶推进技术研究； 马秀娟（１９６４－），女，黑龙江籍，教授，博士，从事电工技术及磁流体推进研究； 许承斌（１９３４一），男，黑龙江籍，教授，从事理论电工、磁流体推进技术等研究。万方数据
磁流体及其应用
磁流体及其应用 【大比特导读】对新型特殊的功能材料—磁流体的发展历程、分类、理化特性、制备方法作了简单描述，对其应用领域进行了较详细地介绍。 1 前言 磁性吸引力，当外加磁场作用时，表现出磁性。 磁流体由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。它是把纳米数量级（10纳米以下）（用过滤方法把粗颗粒去掉）的磁性固体颗粒包裹一层长链的表面活性剂，均匀地分散在基液（也叫媒体）中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。一般常用Fe3O4、Fe2O3、Ni、Co等作为磁性颗粒，以水、有机溶剂(NaOH)、油等作为基液，以油酸（油酸钠溶液）等作为活性剂防止团聚，即可生成黑色的、分散质粒子的直径在5.5~36nm的磁流体。由于磁性颗粒很小，表面又有活性剂，故磁流体中每一颗粒都是分离的，而且能抵抗颗粒间的相互吸引力不使它们凝聚。它们在热布朗运动下，能稳定地悬浮在载体中，在正常情况下，它是稳定的，这表示，它在极强的磁场下，它内部的颗粒也不凝聚，也不会沉淀。 由于磁流体具有液体的流动性和固体磁性材料的磁性，使得磁流体呈现出许多特殊的磁、光、电现象，如法拉第效应、双折射效应和线二向色性等。这些性质在光调制、光开关、光隔离器和传感器等领域有着重要的应用前景。 2 发展历程 1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动（即哈特曼流动）的理论计算方法。1940~1948年阿尔文提出带电单粒子在磁场中运动轨道的“引导中心”理论、磁冻结定理、磁流体动力学波（即阿尔文波）和太阳黑子理论，1949年他在《宇宙动力学》一书中集中讨论了他的主要工作，推动了磁流体力学的发展。1950年伦德奎斯特首次探讨了利用磁场来保存等离子体的所谓磁约束问题，即磁流体静力学问题。受控热核反应中的磁约束，就是利用这个原理来约束温度高达一亿度量级的等离子体。1951年，伦德奎斯特给出一个稳定性判据，这个课题的研究至今仍很活跃。 美国是世界上研究磁流体发电最早的国家，1959年，美国就研制成功了11.5千瓦磁流体发电的试验装置。60年代中期以后，美国将它应用在军事上，建成了作为激光武器脉冲电源和风洞试验电源用的磁流体发电装置。
磁流体发电技术
磁流体发电技术 Magneto Hydrodynamic Power Generation Technology 摘要：对磁流体发电技术的简单介绍，及应用前景的展望。 关键词：磁流体发电；发电技术 磁流体发电技术，就是用燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）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流，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，这种技术也称为"等离子体发电技术" 自1959年美国对磁流体发电的原理性试验首次获得成功后,世界各国相继对磁流体发电技术开展了研究。由于磁流体发电技术研究周期较长,短期内难见成效,并且一些关键技术一直未能很好地解决,到20世纪末,各国均减少了试验工程项目的投入,仅保持部分基础研究工作。然而与其它一些新的发电技术相比,这种发电技术电能转换效率高、环境污染小的优越性仍是比较明显的。因此,各主要工业国目前仍没有放弃对这种高效发电技术的研究,技术人员不断地总结以往经验,正在利用新的技术手段从不同的角度改进和解决实际应用中遇到的问题。 1、基本原理及分类 磁流体发电的原理如图1所示。
通过热离子气体(或液态金属)等导电流体与磁场相互作用,把热能直接转换成电能。由于这种转换形式可以采用更高的进口温度,并且除去了高速转动的汽轮机装置,使热效率得到了提高。虽然磁流体发电设备本身的热效率仅为20%左右,但由于其排烟温度高,排出的气体可供给辅助蒸汽发生器产生高温蒸汽,驱动汽轮发电机组,组成高效的联合循环发电系统,总的热效率可达50%～60%,为目前已开发的发电技术中最高的。 从循环类型的角度磁流体发电可分为开环磁流体发电和闭环磁流体发电,如图2、图3所示。
浅析“磁流体发电机”的难点突破
浅析“磁流体发电机”的难点突破 於罗英（江苏省大港中学，江苏 镇江 212028） 一、难点分析 磁流体发电是一种新型的发电方式，它起动快，效率高，它不仅不产生污染，反而能消灭污染物，其前景比较乐观。在中学教材中简单地介绍了其原理，但其难度较大，究其原因在于： １．从教材的内容来看：磁流体发电机研究的是带电粒子在电场和磁场的复合场中运动，并且结合了稳恒电流的相关知识，其理论抽象，知识复杂，而且其中的电场是动态场，“由静到动”是一个大的飞跃，学生理解要难得多。 ２．从发电机的结构来看：教材中画出的磁流体发电机原理图是立体图，该装置中电场与磁场相互垂直，离子流的运动方向与回路中电流方向也不一致，物理量多，关系复杂，它们相互牵涉，相互影响。学生如果不能明确各个量之间的关系，势必造成思路混乱，影响对磁流体发电机原理的理解。 ３．从学生的知识水平来看：大多数学生的抽象思维水平和空间想象能力还比较低，对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性，要能够理解磁流体发电机，必须具备一定的抽象思维能力，在物理观念上要有一个更新。 二、原理透析 如图1所示是磁流体发电机的原理图，它由磁场、平行金属板、等离子体等组成，其中A 、B 两平行金属板的面积为S ，相距为d ，板间磁场的磁感应强度为B ，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v ，正负离子电量为q ，板外电阻为R 。（设该电路为纯电阻电路，欧姆定律能够适用。） 1．将立体图转化为平面图 为了便于理解画出侧视图，如图2所示。 2．分析等离子体的受力情况 等离子体以一定的速度喷入磁场，正离子受到向上的 洛仑兹力而偏转聚集到A 板上，使A 板带正电，负离子受到向下的力偏转聚集到B 板上， R
磁流体发电
磁流体发电 【摘要】本文根据高温高速燃料气流通过磁场，气体由于高温电离变成等离子导电流体，切割磁力线而产生感应电势，使热能就直接转变成电能的原理。研究开发燃煤磁流体发电技术及其设备，又对如何大幅度提高热能转换效率；提高煤炭资源利用率；燃用我国丰富的中等热值煤和高硫煤；减少燃煤发电带来的煤炭运输和污染等问题进行了研究。最后，对此领域研究工作的工程意义及今后的研究展望进行的阐述。 【关键词】磁流体发电高新技术环境保护原理应用循环系统magnetohydrodynamic generation 【abstract】 Thistextresearchanddevelopcoal-firedmagneticfluidgenerateelectricitytechnologyhow aboutraisestheconversionefficiencyofheatenergybyalargemargin;Improvethecoalresour ceutilizationratio;Useabundantmedium-sizedcalorificvaluecoalinourcountryandhighsu lphurcoal;Questionofreducingandgeneratingelectricitywithcoalthecoalbroughtandtrans portingandpollutingetc 【keywords】magnetichydrodynamicgenerationNewandhightechnologyEnvironmentalprotectionPri ncipleApplication 定义 磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有 等离子状态，是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。 磁流体的等离子体横切穿过磁场时，按电磁感应定律，等离子体的正负粒子在磁场的作用下分离，而聚集在与磁力线平等的两个面上，由于电荷的聚集，从而产生电势。在磁流体流经的通道上安装电极和外部负荷连接时，则可发电。
磁流体分离技术在环保领域的应用
磁流体分离技术在环保领域的应用 赵毕清 （单位：西北工业大学应用物理系陕西西安 710129） 摘要：介绍了磁流体的基本特性；磁流体分离技术的原理；详述了磁流体分离技术在节能环保领域的应用；提出磁流体分离技术的应用前景展望。 关键词：磁流体分离技术磁流体应用 —————————————————————————————————————— 引言： 磁流体的研究开始于20 世纪30 年代末。1965 年,美国将其应用于宇宙服的磁性密封。1945 年比利时人Vermefiven T 应用水的磁化处理锅炉用水,并且获得了专利。20 世纪中叶起,美国、原苏联及日本等国掀起了“磁处理研究”热潮。磁分离技术首先应用于选矿和瓷土工业。20 世纪60 年末,前苏联开始用磁凝聚法处理钢铁厂的除尘废水。1970 年美国研究用磁絮凝法处理钢铁、食品、化工和造纸等工业废水。纽约的倍谢姆钢铁厂安装了磁分离设备。1974 年瑞典等国开始用磁盘法处理轧钢废水。1976 年日本用磁盘法处理平炉、转炉除尘污水,均取得良好效果。1977 年美国和日本等国用高梯度磁过滤器处理钢铁工业废水,在滤速达170 mPh 的情况下,出水悬浮物< 15 mgPL 。近几年来,我国在这方面的研究也很活跃。近年来环境问题成为全球关注的焦点，我国也提出建设节能环保型社会的目标。基于磁流体研究的磁分离技术越来越成熟，在节能环保方面的应用越来越广泛。 磁流体： 磁流体是由平均10nm 左右的铁磁性或亚铁磁性微粒表 面包覆一层界面活性剂分子，均匀分散在基液中构成的， 其组成如图1 示。载液可以是水、煤油、石蜡油等。磁流 体在重力场和磁场作用下是稳定而不沉积的。这是由于处 于重力场或磁场中的磁粒子的热能和重力能、磁场能处于 同一数量级上。并且，裹覆在磁粒子表面的表面活性剂具 有聚合链。因此，分子间的空间排斥阻止了磁粒子的接触，从而避免了因范德华力引起的粒
螺旋通道磁流体推进器
螺旋通道磁流体推进器 Spiral Channel MHD Propulsion 直管马鞍型超导磁流体推进器结构简单，但超导线圈与相关结构复杂，一种螺旋通道磁流体推进器的超导线圈简单，水流通道相对复杂但对于机械制造是简单的。中科院电工所在1998 年研制了世界上第一艘超导螺旋式磁流体推进试验船(HEMS -1)，是一艘在海水中行驶的超导磁流体推进船，由于在公开资料中没有看到螺旋通道磁流体推进器的近期新技术，本课件根据(HEMS -1)有关资料对其基本结构与原理作简单介绍。 螺旋通道磁流体推进器的超导线圈就是一个圆筒形线圈，圆筒也是水流的通道，通电后圆筒线圈内产生磁场，磁场方向与线圈筒轴线平行，但在筒内任何方向的电流都不可能使水轴向流动，电磁力不可能使水流动方向与磁力线方向平行，需要采取某种方法使筒内的水转为轴向流出。在图1中有一个线圈，在线圈轴线处安装一个圆柱面电极（内电极），在线圈筒内壁面安装圆筒面电极（外电极），通上直流电，线圈产生轴向磁场，内电极接电源正极，外电极接电源负极，水在电磁力作用下在管内做环形流动，见图1。
图1-在线圈内产生环形水流 怎样让环形的水流变成轴向呢，在线圈筒内安装一块挡板，挡板以电流方向为轴，与磁力线有一定夹角（约45度），挡板拦住了环形水流，使其转为轴向，见图2。 图2-线圈内环形水流受挡板作用转为轴向
以上过程用一段3D动画来演示，动画中的红色箭头线代表电流方向，蓝色箭头线代表磁场方向，运动的绿色小球代表水流走向。 螺旋通道磁流体推进器原理动画 实际的螺旋通道磁流体推进器内不是简单的几块挡板实现水流的转向，是在线圈筒内建立螺旋通道，螺旋通道部件中部是中轴体，在中轴体上绕有螺旋片，形成螺旋通道，在通道前端还有几片导流片，在后端有几片整流片，螺旋片、整流片、导流片均由绝缘材料制作，图3是螺旋通道部件的结构。 水从螺旋通道前端进入经前端导流片后进入螺旋通道，前端导流片的作用使进入螺旋通道的水较平稳，不出现涡流或湍流，水经过通道螺旋段后到后端整流片，使流出的水由螺旋运动转为轴向流动。 图3-螺旋通道磁流体推进器的螺旋通道结构
磁流体发电
磁流体发电 能源问题是21世纪世界面临的重大问题之一．能源的开发利用不仅为人类带来了文明和繁荣，也为人类的生存环境带来了巨大的灾难，所造成的温室效应、酸雨、臭氧层空洞、生态失衡以及核燃料污染等问题严重威胁着人类的生存．因此，为实现可持续发展，开发新的能源种类、研究节能新技术、探讨能源与环境的关系已成为世界瞩目的课题．下面具体介绍磁流体发电的一些材料，可供大家参考． 一、磁流体发电的原理 从发电的机理上看，磁流体发电与普通发电一样，都是根据法拉第电磁感应定律获得电能．所不同的是，磁流体发电是以高温的导电流体（在工程技术上常用等离子体）高速通过磁场，以导电的流体切割磁感线产生电动势．这时，导电的流体起到了金属导线的作用．其原理如图1所示． 图1 磁流体发电中所采用的导电流体一般是导电的气体，也可以是液态金属．我们知道，常温下的气体是绝缘体，只有在很高的温度下，例如6000Ｋ以上，才能电离，才有较大的导电率．而磁流体发电一般是采用煤、石油或天然气作燃料，燃料在空气中燃烧时，即使把空气预热到1400Ｋ，也只能使空气达到3000Ｋ的温度，这时气体的导电率还不能达到所需的值，而且即使再提高温度，导电率也提高不了多少，却给工程带来很大困难．那么如何使气体在较低的温度下就能导电，并有较高的导电率?实际中采用的办法是在高温燃烧的气体中添加一定比例的、容易电离的低电离电位的物质，如钾、铯等碱金属化合物．这种碱金属化合物被称为“种子”．在气体中加入这种低电离电位物质的量一般以气体重量的1%为佳．这样气体温度在3000Ｋ左右时，就能达到所要求的导电率．当这种气体以约1000ｍ／ｓ的速度通过磁场时，就可以实现具有工业应用价值的磁流体发电． 二、磁流体发电机的构造 图2 磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体三个主要部件组成．如图2所示的是最简单的磁流体发电机的结构示意图． 燃烧室是燃料燃烧的地方，燃烧所产生的高温气体经喷管提高流动速度，以高温高速进入发电通道，切割磁感线产生电磁感应．这种燃烧室与一般工业用燃烧室相比，具有温度高、体积小、热效率高等特点．但由于加入了低电离电位物质，这就要求燃烧室能耐碱金属的侵蚀． 发电通道是磁流体发电机的核心部件．发电通道由绝缘壁和电极组成．当高温导电气体通过发电通道时，切割磁感线，电极壁的两极就形成电动势，把电离气体的热能转换成电能输出． 用以产生磁场的磁体由铁芯、电磁铁或超导线圈组成．在实际发电中，一般磁感应强度要求达到6～8Ｔ．如果采用空心铜导电磁体，当磁感应强度超过1．5Ｔ时，励磁功率就随磁场的增大而急剧增加，净输出功率反而减小．现在高温临界温度超导体的研究给磁流体发电带来了新的希望．因为只有采用几
关于磁流体推动问题的小总结
1.磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。 如图2所示，通道尺寸a＝2.0m、b＝0.15m、c＝0.10m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99.6V；海水沿y 轴方向流过通道。已知海水的电阻率ρ＝0.20Ω·m。 （1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向； υ＝5.0m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，（2）船以 s 由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到v d＝8.0m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感； （3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U’＝U－U感计算，海水受到电磁力的80％可以 υ＝5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。 转化为对船的推力。当船以 s 2.磁流体发电机示意图如图11所示，a、b两金属板相距为d，板间有磁感应强度为B的匀强磁场，一束截面积为S，速度为v的等离子体自左向右穿过两板后速度大小仍为v，截面积仍为S，只是等离子体压强减小了．设两板之间单位体积内等离子的数目为n，每个离子的电量为q，板间部分的等离子体等效内阻为r，外电路电阻为R．求： ⑴等离子体进出磁场前后的压强差Δp； ⑵若等离子体在板间受到摩擦阻力f，压强差Δp/又为多少； ⑶若R阻值可以改变，试讨论R中电流的变化情况，求出其最大值I m，并在图中坐标上 定性画出I随R变化的图线． 图11
3.磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧 面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻 1 R相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流 速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为 v，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差p ?维持恒定，求： （1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大； （2）磁流体发电机的电动势E的大小； （3）磁流体发电机发电导管的输入功率P 。 4.由于受地球信风带和盛行西风带的影响，海洋中一部分海水做定向流动，称为风海流，风海流中蕴藏着巨大的动力资源。因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随风海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转，便可用来发电。 如图为一利用风海流发电的磁流体发电机原理示意图，用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道的上、下两个内表面装有两块金属板M、N，金属板长为a，宽为b，两 板间的距离为d。将管道沿风海流方向固定在风海流中，在金属板之间加一水平匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向由南向北，用导线将M、N 外侧连接电阻为R的航标灯（图中未画出）。工作时， 海水从东向西流过管道，在两金属板之间形成电势差， 可以对航标灯供电。设管道内海水的流速处处相同， 且速率恒为v，海水的电阻率为ρ，海水所受摩擦阻力 与流速成正比，比例系数为k。 （1）求磁流体发电机电动势E的大小，并判断M、N两板哪个板电势较高； （2）由于管道内海水中有电流通过，磁场对管道内海水有力的作用，求此力的大小和方向； （3）求在t时间内磁流体发电机消耗的总机械能。 B 风海流方向 v a b M 东 西 北 南 d N