神奇的磁流体发电效率高达60%是目前发电效率最好的 关键是低污染

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2018-02-03 10:15:52

神奇的磁流体 具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性

它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。该流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性,正因如此,它才在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值。

由于磁流体具有液体的流动性和固体的磁性,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。

磁流体在磁场中的变化

制作方法

磁流体制备方法主要有研磨法,解胶法,热分解法,放电法等。

(1)碾磨法。即把磁性材料和活性剂、载液一起碾磨成极细的颗粒,然后用离心法或磁分离法将大颗粒分离出来,从而得到所需的磁流体。这种方法是最直接的方法,但很难得到300nm以下直径的磁流体颗粒。

(2)解胶法。是铁盐或亚铁盐在化学作用下产生Fe3O4或γ-Fe2O3,然后加分散剂和载体,并加以搅拌,使其磁性颗粒吸附其中,最后加热后将胶体和溶液分开,得到磁流体。这种方法可得到较小颗粒的磁流体,且成本不高,但只使用于非水系载体的磁流体的制作。

(3)热分解法。是将磁性材料的原料溶入有机溶剂,然后加热分解出游离金属,再在溶液中加入分散剂后分离,溶入载体就得到磁流体。

(4)蒸着法。是在真空条件下把高纯度的磁性材料加热蒸发,蒸发出来的微粒遇到由分散剂和载体组成的地下液膜后凝固,当下地液膜和磁性微粒运动到下地液中,混合均匀就得到磁流体。这种方法得到的磁流体微粒很细,一般在2-10nm的粒子居多。

(5)放电法。其原理与电火花加工相仿,是在装满工作液(经常与载体相同)的容器中将磁性材料粗大颗粒放在2个电极之间,然后加上脉冲电压进行电火花放电腐蚀,在工作液中凝固成微小颗粒,把大颗粒滤去后加分散剂即可得到磁流体。

磁流体的应用很广泛,如磁流体密封、电磁流量计、电磁制动、电磁轴承理论、电磁激波管等。这里着重介绍磁流体发电。

磁流体发电

磁流体发电是一种新型的高效发电方式,其定义为当带有磁流体的等离子体横切穿过磁场时,按电磁感应定律,由磁力线切割产生电;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。为了使磁流体具有足够的电导率,需在高温和高速下,加上钾、铯等碱金属和加入微量碱金属的惰性气体(如氦、氩等)作为工质,以利用非平衡电离原理来提高电离度。前者直接利用燃烧气体穿过磁场的方式叫开环磁流体发电,后者通过换热器将工质加热后再穿过磁场的叫闭环磁流体发电。将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"。磁流体发电本身的效率仅20%左右,但由于其排烟温度很高,从磁流体排出的气体可送往一般锅炉继续燃烧成蒸汽,驱动汽轮机发电,组成高效的联合循环发电,总的热效率可达50%~60%,是目前正在开发中的高效发电技术中最高的。同样,它可有效地脱硫,有效地控制NOx的产生,也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。

意义

作为一种高技术,磁流体发电推动着工程电磁流体力学这门新兴学科和高温燃烧、氧化剂预热、高温材料、超导磁体、大功率变流技术、高温诊断和降低工业动力装置有害排放物的先进方法等一系列新技术的发展。这些科学成果和技术成就可以得到其他方面的应用,并有着美好的发展前景。从高效率、低污染、高技术的考虑,磁流体发电为高效率利用煤炭资源提供了一条新途径,使得磁流体发电从其原理性实验成功开始,就迅速得到了全世界的重视,许多国家都给予了持续稳定的支持并积极研究燃煤磁流体发电。