太阳风发电.pptVIP

太阳风发电 祁磊（生命科学院 ） 指导老师：张璞扬 内容： 1、太阳风简介 2、磁流体发电简介 3、太阳风发电具体设想及功率计算 1、太阳风简介 “太阳风”是太阳连续不断地向宇宙空间辐射出的稳定粒子流。 1962年，美国的“水手二号”卫星在宇宙中观测到太阳连续不断地向外辐射等离子体，证实了太阳风的存在。在太阳的宁静期内所产生的太阳风称为“宁静太阳风”，它在地球轨道附近的速度约为450km/s，每立方厘米所含质子数约10--15个，质子温度达几万度，当太阳活动较强时，日冕抛出更强大的粒子流，称为“扰动太阳风”，平均速度可达1000--2000km/s，在地球附近每立方厘米所含质子数可达几十个，质子温度有时可达几百万度（电子温度是质子温度的3--4倍）。太阳风主要含质子和电子，是等离子体，利用太阳风发电用的是磁流体发电技术。 2.磁流体发电简介： 磁流体发电（MHD），即电磁流体力学发电，原理是把磁铁的磁场附加于流路，使导电性流体发生运动，由法拉第电磁感应定律，从而产生垂直于磁场和运动方向的感应电势。由于MHD发电不用汽输发电机进行热——机——电的转换，所以它同太阳电池、热电子发电一样，同属于直接转换为电能的方式之一、效率较高。太阳风发电就属于磁流体发电。 3、太阳风发电具体设想及功率计算 假定太阳风入射速度 与 垂直，则无外电路时，动生电场与稳恒电场平衡，忽略电机附近的电位变化，则可近似认为开路电压V与ε相等，即 (h为上下两极板间的距离) 下面是我设计的太阳风发电装置： 此装置要放在地磁场之外，否则地磁场对太阳风粒子产生磁镜效应，会大大减小装置的发电功率 当内外电路连通时，电路中就有电流，即有电功率输出。此时端电压V因内阻而下降，令负载参数为к，则 к=V0/V =E/uB，即к为外负荷压降与感应电动势之比. 电流密度 j=σE总=σ(uB-E) 等离子体的电导率为 其中， 为电子连续两次与中性粒子碰撞的时间间隔。 由于 ,但 与 方向不同，所以将σ定为一个张量，考虑到霍耳效应，则： 为垂直电导率， 为平行电导率， 为霍尔电导率，他们与σ的关系近似为： ωe 为电子回旋频率，它与磁感应强度B的关系为ωe =eB/mc, 为电子与粒子的碰撞频率。数值上 。 则该发电机的功率密度 к的值在0--1之间，当к=0.5时，к(1-к）取最大值，但为了提高效率且兼顾发电功率，к一般取0.6--0.8之间。代入相关数据计算如下： 回旋频率 由于宇宙间的微波背景辐射，温度为2--3K，所以可以采用超导磁体，B可达到 3--5T，这里取B=3T。 me=9.11E -31kg, e=1.6E -19C, c=3.0E 8m·s-1 =2.46E -16 s-1 电子1AU处平均温度T＝1.5E 5K。电子与质子碰撞，由于电子半径可以忽略，所以不用乘 。质子半径取rH=10－15m数量级。 玻耳兹曼常数k＝1.38E -23J·K-1， 电子质量 me=9.11E -31kg n为载流子密度，这里是电子密度， n=5--10个·cm-3，计算时n=7.5E 6。 8.57E14 S·m-1 ＝1.68E－23 S·m-1 同理可以算出质子 ＝2.11E－21 （质子质量mH=1.67E-27kg 质子温度T＝4 E 4 K） 两者电导率相加： ＝ 1.68E－23 ＋ 2.11E－21 ＝2.13E－21 S·m-1 功率密度 ＝9.32E-10W·m-3 这里采用超