太阳风发电.ppt

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,“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。,1、太阳风简介,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кV0/VE/uB，即к为外负荷压降与感应电动势之比.电流密度jσE总σuB-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ωeeB/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к0.5时，к1-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B3T。me9.11E-31kg,e1.6E-19C,c3.0E8ms-1,2.46E-16s-1电子1AU处平均温度T＝1.5E5K。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rH10－15m数量级。玻耳兹曼常数k＝1.38E-23JK-1，电子质量me9.11E-31kgn为载流子密度，这里是电子密度，n5--10个cm-3，计算时n7.5E6。,8.57E14Sm-1＝1.68E－23Sm-1同理可以算出质子＝2.11E－21（质子质量mH1.67E-27kg质子温度T＝4E4K）,两者电导率相加＝1.68E－23＋2.11E－21＝2.13E－21Sm-1,功率密度＝9.32E-10Wm-3这里采用超导磁体，取B3T,。к0.6，u450000m/s。,计算结果很小，让我很失望，其主要原因是太阳风的垂直电导率太小，也就是地球附近载流子密度太小。但这是地球附近的载流子密度算出来的，由于载流子密度与到太阳的距离的平方近似成反比，所以若将此装置移到太阳附近可能会大有改观。,太阳半径约为7.0E5km,地日平均距离为1.5E8km,约为太阳半径的215倍，则发电的功率密度大约为原来的2152倍，即P4.28E－5Wm-3功率密度虽然还有些小，但这样已有可能用很大体积的磁流通道实现大功率的太阳风发电，前景可观,本文只是我的一个大胆设想，由于我水平有限，计算中可能还有一些谬误，希望老师同学们指正。这次我的计算中用了许多简化，结果只是一个近似值。在宇宙中还存在许多未知因素，要实现太阳风发电还有很长的路要走，还有许多理论的和实际问题要解决。对人类来说，宇宙中还有许多未开垦的领域，还有许多人们未加以利用的资源。但我相信，等人类科技发展到一定程度，不仅会实现太阳风发电，还能够从宇宙中更广泛的利用资源以解决地球资源紧缺问题，造福人类。,参考文献,电磁学张玉民戚伯云电磁学专题研究陈秉乾等电动力学（第二版）蔡圣善等宇宙磁流体力学胡文瑞磁流体发电若干问题J雷德尔（西德）太阳风磁流体发电Ulysses观测的太阳风结构的三维MHD模拟太阳活动与太阳风,