往复式液态金属磁流体发电机永磁体退磁研究

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往复式液态金属磁流体(Liquid metal MHD,LMMHD)发电是一种新型的发电方式,采用直接驱动和单相、低熔点、高电导率的液态金属发电工质,具有结构简单、效率高、功率密度大的优点,具有非常广阔的应用前景。往复式LMMHD发电机发电通道内是高峰值(103~104A)的交变电流,发电通道内磁流体动力学过程的磁雷诺数不再远小于1、甚至接近1。目前,往复式LMMHD发电机一般采用永磁体提供外磁场。因而,往复式LMMHD发电机内部感生电流(即电枢电流)产生的感应磁场及其产生的涡流发热对外部永磁磁路的影响不可忽略。  本文采用理论分析和3D电磁-温度场耦合数值计算,研究了计及永磁材料温度特性和动态退磁的负载工况下往复式LMMHD发电机的电磁场、温度场以及永磁体的退磁特性,主要研究工作有以下几方面:  (1)从往复式LMMHD发电机的工作原理及输出特性出发,结合钕铁硼永磁材料特性,分析了往复式LMMHD发电机永磁体可能发生退磁的方式和原因;  (2)基于Ansoft Maxwell3D和ANSYS Workbench,建立了往复式LMMHD发电机电磁,温度场迭代耦合的数值计算方法,通过计算数据共享和迭代计算,实现了对电磁场与温度场之间相互关联和作用的考虑,为往复式LMMHD发电机永磁体退磁分析提供了方法和手段;将某样机的温度场计算结果与实验结果对比,验证了计算方法的合理性。  (3)计及永磁材料的温度特性和动态退磁,研究了负载工况下往复式LMMHD发电机的电磁场和温度场分布以及不同电枢电流对永磁体工作点和最高温度点的影响,得到了往复式LMMHD发电机电磁场、温度场的分布规律以及永磁体最小工作点和最大温度点的位置和永磁体退磁程度的影响因素和规律特性。
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