電弧加熱高溫磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)研究

歐東斌, 曾 徽,*, 楊國銘, 朱安文, 劉飛標(biāo), 王 鑄, 彭 燕, 劉保林

(1. 中國航天空氣動力技術(shù)研究院 電弧等離子應(yīng)用裝備北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100074; 2. 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京 100094; 3. 中國科學(xué)院 電工研究所, 北京 100190)

0 引 言

未來的星際探測活動中，探測器將在太空中飛行數(shù)年甚至數(shù)十年，對大功率電源的需求越來越迫切，開展新型空間發(fā)電技術(shù)的研究十分必要。對于千瓦甚至兆瓦量級的空間電源設(shè)計(jì)方案，國外大多采用基于核動力的磁流體(MHD)發(fā)電技術(shù)，因其發(fā)電效率較高和系統(tǒng)質(zhì)量/功率比例較小等優(yōu)點(diǎn)，獲得了大量

研究成果。高溫MHD發(fā)電的概念最早由意大利的研究人員提出，他們首先提出了基于核反應(yīng)堆的兆瓦量級磁流體發(fā)電機(jī)的基本思路[1]。 基于深空探測電推進(jìn)系統(tǒng)大功率電源的需求，NASA于2011年提出了基于高溫氣冷反應(yīng)堆和磁流體發(fā)電的空間核電源技術(shù)[2]。

對于MHD發(fā)電的空間核電源技術(shù)，地面磁流體發(fā)電試驗(yàn)是驗(yàn)證空間高效核能磁流體發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵。Ellson等在1968年進(jìn)行了基于惰性氣體介質(zhì)的MHD發(fā)電試驗(yàn)研究[3]。 NASA 路易斯航天中心的研究人員發(fā)展了一套MHD發(fā)電地面試驗(yàn)設(shè)備，MHD發(fā)電通道使用28對電極，采用非平衡電離技術(shù)提高試驗(yàn)工質(zhì)電導(dǎo)率，磁流體發(fā)電功率達(dá)到2.2 kW。 美國AFAPL和Avoco-Everett公司采用火箭發(fā)動機(jī)和飛行器發(fā)動機(jī)驅(qū)動的方式，進(jìn)行了百千瓦量級MHD發(fā)電地面原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)工作[4]。此外，美國提出并發(fā)展了空間脈沖式的MHD發(fā)電地面驗(yàn)證試驗(yàn)裝置，利用惰性氣體氦氣(He)為工質(zhì)，同時(shí)注入鋰/鉀種子提高高溫氣體電導(dǎo)率的方式，進(jìn)行了MHD發(fā)電地面試驗(yàn)[5]。

日本在MHD發(fā)電技術(shù)及空間應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的研究工作。東京工業(yè)大學(xué)的Okuno等對空間核動力磁流體發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了深入探討，給出了磁流體發(fā)電機(jī)詳細(xì)的理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果，并分別設(shè)計(jì)了2套基于惰性介質(zhì)的盤式MHD發(fā)電機(jī)和直通式發(fā)電機(jī)[6-7]。 基于這2種類型的磁流體發(fā)電機(jī)，先后建立了激波管MHD發(fā)電地面試驗(yàn)裝置、Fuji-1渦輪MHD發(fā)電地面試驗(yàn)裝置和CLEF-CCMHD發(fā)電地面試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了關(guān)于磁流體發(fā)電原理驗(yàn)證的地面試驗(yàn)[8-14]。

空間核電源磁流體發(fā)電利用核反應(yīng)堆裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生熱能并將試驗(yàn)工質(zhì)加熱至高溫狀態(tài)。國際上普遍采用電弧加熱的方式開展空間磁流體發(fā)電技術(shù)的地面試驗(yàn)驗(yàn)證[2]。電弧加熱器利用陽極和陰極之間放電擊穿試驗(yàn)工質(zhì)，產(chǎn)生熱電弧對試驗(yàn)工質(zhì)加熱，所獲得的高溫氣流處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，與核能加熱高溫發(fā)電工質(zhì)的氣流狀態(tài)類似，可以有效模擬空間核電源磁流體發(fā)電機(jī)的入口熱參數(shù)。基于電弧加熱方式，本文開展了磁流體發(fā)電的原理驗(yàn)證和地面試驗(yàn)裝置集成試驗(yàn)研究，利用中國航天空氣動力技術(shù)研究院的長分段電弧加熱器，結(jié)合直通式磁流體發(fā)電機(jī)和盤式磁流體發(fā)電機(jī)，分別建立了一套電弧加熱磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)裝置，并開展相關(guān)試驗(yàn)研究?；谥蓖ㄊ組HD發(fā)電機(jī)進(jìn)行了小功率磁流體發(fā)電試驗(yàn)，驗(yàn)證了磁流體發(fā)電技術(shù)的可行性和可靠性；基于盤式MHD發(fā)電機(jī)，進(jìn)行了大功率MHD發(fā)電地面試驗(yàn)，為磁流體發(fā)電技術(shù)發(fā)展及空間應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 MHD發(fā)電原理

磁流體發(fā)電是將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的新型發(fā)電方式，基本原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，所不同的是用導(dǎo)電流體代替固體導(dǎo)體。導(dǎo)電流體以一定速度通過與流動方向垂直的磁場，切割磁力線而產(chǎn)生感生電動勢，從而產(chǎn)生電能，其基本原理如圖1所示。磁流體發(fā)電機(jī)的輸出功率可以用公式(1)表示：

P=CK(1-K)σu2B2

(1)

其中C為系數(shù)，K為負(fù)載電阻，σ為電導(dǎo)率，u為氣流運(yùn)動速度，B為磁場強(qiáng)度。對于磁流體發(fā)電，國內(nèi)外一般采用高溫惰性氣體作為試驗(yàn)工質(zhì)，氬氣(Ar)或氦氣為主要選擇。從公式(1)可以看出，為獲得較高的磁流體發(fā)電輸出功率，高溫惰性介質(zhì)應(yīng)該具有高電導(dǎo)率、高速度，同時(shí)磁流體發(fā)電機(jī)應(yīng)該具有較高的磁場強(qiáng)度。

(a) 直通式MHD發(fā)電機(jī)

(b) 盤式MHD發(fā)電機(jī)

對于實(shí)際高溫氣體磁流體發(fā)電系統(tǒng)，試驗(yàn)工質(zhì)需要滿足一定的電子數(shù)密度(>1019m-3)。試驗(yàn)工質(zhì)進(jìn)行充分電離，獲得一定電導(dǎo)率的導(dǎo)電工質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)磁流體發(fā)電的關(guān)鍵。目前提高電離度的方式主要有：(1)通過高溫?zé)犭婋x的方式電離惰性氣體。為了獲得足夠高的電子數(shù)密度，氣流溫度要求非常高，達(dá)到幾千甚至上萬K；(2)非平衡電離。此方法又可以分為2種：一種是通過外部高能脈沖在極短時(shí)間內(nèi)向試驗(yàn)介質(zhì)注入能量，提高電子數(shù)密度；另一種是在試驗(yàn)介質(zhì)中添加活性堿金屬，作為種子注入高溫氣流中，提高氣流的電導(dǎo)率。圖2給出了磁流體發(fā)電典型狀態(tài)下，惰性氣體氬氣和氦氣在添加/不添加堿金屬種子情況下電子數(shù)密度ne與電子溫度Te的關(guān)系。在不添加種子的情況下，氣流要達(dá)到足夠高的電子數(shù)密度，氬氣和氦氣的溫度至少需要6000 K，這對試驗(yàn)裝置提出了很高的要求，不利于MHD發(fā)電系統(tǒng)的工程應(yīng)用。采用銫(Cs)種子注入的方式可以有效降低磁流體發(fā)電實(shí)驗(yàn)的入口溫度：在入口溫度2000 K的條件下仍能保證氣體電子數(shù)密度高于1019m-3，極大降低了磁流體發(fā)電技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證和后續(xù)實(shí)際空間應(yīng)用的難度。因此，目前的磁流體發(fā)電試驗(yàn)基本采用“惰性氣體+活性堿金屬種子注入”的方式開展相關(guān)的研究工作。依據(jù)圖2中的結(jié)果，本研究采用氬氣作為試驗(yàn)發(fā)電工質(zhì)，并利用注入銫種子的方法提高試驗(yàn)工質(zhì)電導(dǎo)率，開展相關(guān)的磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)工作。

目前主流的磁流體發(fā)電方式主要采用2種形式：直通式磁流體發(fā)電機(jī)和盤式磁流體發(fā)電機(jī)。直通式磁流體發(fā)電機(jī)的通道為矩形直線型結(jié)構(gòu)，高溫導(dǎo)電工質(zhì)直接流過發(fā)電通道，在垂直于流動方向和磁場方向產(chǎn)生電場，通過布置在不同位置的多對電極輸出電能。直通式MHD發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡單，原理也比較清楚，效率較高；難點(diǎn)在于涉及電極分段問題，所使用的鞍型超導(dǎo)磁體制造工藝較為復(fù)雜。盤式MHD發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理基于霍爾效應(yīng)[15]，此類發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)裝置擁有目前最高的發(fā)電效率。相比于直通式MHD發(fā)電機(jī)，相同距離下盤式MHD發(fā)電機(jī)的電壓更高，意味著更高的電能輸出能力。同時(shí)，盤式MHD發(fā)電機(jī)使用簡單的環(huán)形電極，電壓壓降小，其相對簡潔的結(jié)構(gòu)布局使得對應(yīng)的磁體系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，利于超導(dǎo)磁體的小型化設(shè)計(jì)?？紤]發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、技術(shù)難度、閉環(huán)使用等因素，盤式MHD發(fā)電機(jī)在實(shí)際空間應(yīng)用方面更具優(yōu)勢。故本文進(jìn)行了兩階段的磁流體發(fā)電試驗(yàn)：利用直通式MHD發(fā)電機(jī)進(jìn)行了小功率磁流體發(fā)電可行性和可靠性的原理驗(yàn)證試驗(yàn)；在此基礎(chǔ)上，開展盤式MHD發(fā)電機(jī)的正式試驗(yàn)，進(jìn)行大功率磁流體發(fā)電的試驗(yàn)研究。

圖2 電子數(shù)密度隨電子溫度的變化[14]

2 MHD發(fā)電試驗(yàn)

磁流體發(fā)電試驗(yàn)在中國航天空氣動力技術(shù)研究院高溫氣體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。為了滿足MHD發(fā)電系統(tǒng)的入口溫度參數(shù)，提高氣流焓值，試驗(yàn)采用長分段電弧加熱器。該型加熱器是在管狀電弧加熱器和疊片式電弧加熱器的基礎(chǔ)上,結(jié)合了二者結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)，加入了分段吹氣技術(shù)而發(fā)展起來的，是一種中焓的電弧加熱器，相比于管式電弧加熱器可以獲得更高的溫度和焓值。

2.1 直通式磁流體發(fā)電試驗(yàn)

圖3給出了基于電弧加熱的直通式磁流體發(fā)電系統(tǒng)地面試驗(yàn)裝置的示意圖。該試驗(yàn)裝置主要組成部分包括：電弧加熱器、銫種子注入裝置、混合室、加速噴管、光學(xué)測量片和MHD發(fā)電機(jī)等。電弧加熱器將冷態(tài)下的氬氣工質(zhì)加熱至高溫狀態(tài)，電弧加熱器下游接混合室，混合室內(nèi)通過注入冷氣流與上游熱氣充分混合，從而調(diào)節(jié)氣流溫度并穩(wěn)定壓力。本試驗(yàn)中，銫注入裝置在一側(cè)接入混合室，該裝置由一條銫種子供給管路和一條吹除管路組成。由于銫是活性堿金屬，與空氣接觸容易被氧化，故試驗(yàn)前利用氬氣吹除整個(gè)管路中的氣體介質(zhì)，并使用惰性氣體隔絕銫種子與空氣的接觸。試驗(yàn)時(shí)，銫經(jīng)過預(yù)熱形成銫蒸氣，利用上游高壓載氣驅(qū)動，并使用流量調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)銫供給流量。銫蒸氣在載氣的作用下注入混合室，與主氣流進(jìn)行混合，從而獲得高電導(dǎo)率的導(dǎo)電工質(zhì)。導(dǎo)電工質(zhì)氣體通過收縮-擴(kuò)展噴管，經(jīng)噴管加速形成超聲速氣流，提供MHD發(fā)電試驗(yàn)所需的入口溫度、壓力和速度等參數(shù)。噴管設(shè)計(jì)為喉道51.5 mm×14.0 mm，出口為64.0 mm×14.0 mm，設(shè)計(jì)名義馬赫數(shù)為1.56(比熱比γ=1.29)。

圖3 直通式MHD發(fā)電系統(tǒng)地面試驗(yàn)裝置示意圖

Fig.3Schematicdiagramofground-basedexperimentsforlinearMHDpowergenerationsystem

直通式MHD發(fā)電機(jī)主要有2部分：直通式發(fā)電通道和永磁體。直通式發(fā)電通道結(jié)構(gòu)較為簡單，從入口到出口為矩形等直段，發(fā)電通道橫截面尺寸為64 mm×14 mm， 通道長度250 mm?？紤]發(fā)電通道的耐高溫、絕緣特性要求，電極采用鎢銅合金，絕緣材料采用氮化硼，在發(fā)電通道內(nèi)側(cè)壁布置電極。永磁體環(huán)繞在發(fā)電通道四周，并提供垂直于發(fā)電通道氣流流向的磁場，磁場強(qiáng)度為1 T。直通式MHD發(fā)電試驗(yàn)中電弧加熱器和MHD發(fā)電試驗(yàn)參數(shù)見表1。

表1 直通式MHD發(fā)電試驗(yàn)參數(shù)Table 1 Operation parameters for linear MHD ground-based tests

為了監(jiān)測MHD發(fā)電試驗(yàn)過程中高溫、高電導(dǎo)率氣流的參數(shù)和銫注入情況，設(shè)計(jì)了2套光學(xué)測量片：一套安裝在加速噴管和MHD發(fā)電通道之間，用于監(jiān)測發(fā)電通道入口的氣流參數(shù)；一套安裝在MHD發(fā)電通道出口，用于監(jiān)測發(fā)電通道出口的氣流參數(shù)。采用發(fā)射光譜測量技術(shù)，監(jiān)測銫原子在可見波段的譜線，從而獲得對高溫氣流參數(shù)的定性、定量認(rèn)識。

2.2 盤式磁流體發(fā)電試驗(yàn)

盤式磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示。區(qū)別于直通式MHD發(fā)電試驗(yàn)，盤式MHD裝置的混合室之后沒有連接收縮-擴(kuò)展噴管，混合室直接與盤式發(fā)電機(jī)連接，利用盤式發(fā)電機(jī)入口的環(huán)形流道作為喉道，在發(fā)電通道內(nèi)形成超聲速氣流。為了監(jiān)測盤式發(fā)電機(jī)的氣流參數(shù)，在發(fā)電通道入口和出口各安裝一套測量片，分別測量發(fā)電通道入口和出口的溫度、壓力等參數(shù)。本研究基于電弧加熱器提供的壓力、溫度和速度條件開展發(fā)電試驗(yàn)，盤式發(fā)電機(jī)超導(dǎo)磁體的磁場強(qiáng)度為7 T，發(fā)電試驗(yàn)的具體試驗(yàn)參數(shù)見表2。

圖4 盤式MHD發(fā)電系統(tǒng)地面試驗(yàn)裝置示意圖

Fig.4Schematicdiagramofground-basedexperimentsfordiskMHDpowergenerationsystem

表2 盤式MHD發(fā)電試驗(yàn)參數(shù)Table 2 Operation parameters for disk MHD ground-based tests

為保證盤式發(fā)電機(jī)發(fā)電通道內(nèi)建立穩(wěn)定的超聲速流場，盤式發(fā)電機(jī)出口需要滿足低于30 kPa的負(fù)壓環(huán)境，因此在盤式發(fā)電機(jī)后安裝氣流引射裝置。實(shí)際的盤式磁流體發(fā)電機(jī)地面試驗(yàn)裝置見圖5。

圖5 盤式MHD發(fā)電試驗(yàn)設(shè)備照片

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

(a) 燈陣未亮

(b) 燈陣點(diǎn)亮

Fig.6ComparisonofpowergenerationONandOFFforlinearMHDgenerator

圖7(a)給出了800～1000 nm波長范圍內(nèi)的光譜圖，可以明顯看到銫原子2條孤立的譜線，圖7(b)給出了銫原子2條譜線的光譜強(qiáng)度隨時(shí)間變化的結(jié)果。從圖中可以看到，電弧啟動階段，銫原子譜線強(qiáng)度有1個(gè)尖峰，其產(chǎn)生的原因在于：電弧加熱器運(yùn)行分為引弧階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段，在引弧階段，少量氬氣進(jìn)入電弧加熱器，并被瞬間擊穿，啟動電弧加熱器。此段時(shí)間內(nèi)引弧氬氣的質(zhì)量流量(100g/s量級)低于穩(wěn)定運(yùn)行階段氬氣質(zhì)量流量(10～102g/s量級)1～2個(gè)數(shù)量級，氣流溫度要高于穩(wěn)定運(yùn)行階段的氣流溫度，電弧加熱器內(nèi)殘余的銫在高溫作用下光譜強(qiáng)度增加；在穩(wěn)定運(yùn)行階段，氬氣主氣流進(jìn)入電弧加熱器，建立穩(wěn)定的流場，氬氣質(zhì)量流量增加，此時(shí)流場溫度低于引弧瞬間的氣流溫度，流場內(nèi)殘余銫的光譜強(qiáng)度出現(xiàn)明顯回落，直至銫種子注入裝置重新注入銫至電弧加熱器。電弧加熱器穩(wěn)定運(yùn)行后，銫原子譜線強(qiáng)度有一個(gè)明顯的時(shí)間延遲，延遲時(shí)間在1 s左右，顯示銫注入落后于電弧加熱器的啟動。銫種子重新注入后，其原子譜線強(qiáng)度迅速增加，并在一個(gè)較高信噪比的區(qū)間波動變化。基于Boltzmann畫圖法，圖7(c)給出了基于銫原子譜線強(qiáng)度獲得的電子溫度，整個(gè)試驗(yàn)過程中電子溫度的波動較大，其原因在于銫種子注入的不穩(wěn)定，引起高溫試驗(yàn)介質(zhì)電導(dǎo)率的變化和不均勻。

(a) 波長分辨光譜圖

(b) 銫原子譜線強(qiáng)度

(c) 電子溫度

圖8給出了一組工況下直通式MHD發(fā)電機(jī)輸出功率的結(jié)果，發(fā)電功率在百瓦量級，最大輸出功率達(dá)到196 W。從發(fā)電功率的變化曲線可以看到，輸出功率存在一定的波動，可能是由于銫注入不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫惰性氣體電導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起發(fā)電功率的波動，這為后續(xù)試驗(yàn)的開展提出了改進(jìn)和優(yōu)化的方向，可以通過多頻次、短時(shí)間脈沖注入種子的方式提高銫注入的穩(wěn)定性，提升高溫氣流電導(dǎo)率隨時(shí)間變化的均勻性。

圖9給出了盤式MHD發(fā)電的試驗(yàn)結(jié)果，在磁場強(qiáng)度7 T、總溫2200 K，總壓0.39 MPa的試驗(yàn)條件下，盤式發(fā)電機(jī)的最大輸出功率達(dá)到了10.5 kW。從公式(1)可知，負(fù)載電阻的大小影響發(fā)電功率，圖9(b)給出了磁場強(qiáng)度7 T下，發(fā)電功率隨不同負(fù)載電阻的變化。磁流體發(fā)電機(jī)在負(fù)載電阻0.5 Ω時(shí)獲得最大輸出功率，隨著負(fù)載電阻的增加，盤式發(fā)電機(jī)的輸出功率迅速下降，在2.5 Ω負(fù)載電阻時(shí)，發(fā)電功率僅有0.3 kW。發(fā)電功率實(shí)測值隨負(fù)載電阻的變化規(guī)律并不完全遵循公式(1)中的函數(shù)關(guān)系，這是由于實(shí)際試驗(yàn)過程中，難以完全控制銫種子注入的穩(wěn)定性和一致性，發(fā)電工質(zhì)的電子數(shù)密度無法保持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)量級，從而引起電導(dǎo)率的變化，多次試驗(yàn)中電導(dǎo)率的差異引起的發(fā)電功率的波動。值得注意的是，在保持發(fā)電機(jī)入口溫度、壓力參數(shù)和磁場強(qiáng)度不變的情況下，改變銫種子注入的方式會引起輸出發(fā)電功率的波動，說明銫種子注入的方式引起了高溫氣流電導(dǎo)率的變化，銫注入的不穩(wěn)定性限制了盤式發(fā)電機(jī)輸出功率的提高。分析銫注入不穩(wěn)定的原因，可以概況為：(1)銫注入裝置注入的不穩(wěn)定性。銫種子要經(jīng)預(yù)熱+高壓載氣驅(qū)動，通過細(xì)長的管路注入混合室，銫種子流量是通過上游的流量計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，下游銫蒸汽注入混合室的過程是否均勻、穩(wěn)定難以保證；(2) 銫與主氣流混合的不穩(wěn)定性。銫注入的質(zhì)量流量在0.2～0.5 g/s，遠(yuǎn)低于氬氣工質(zhì)的流量(300 g/s)，銫與高速氣流之間難以保證充分、均勻的混合，從而引起空間方向電導(dǎo)率的變化，同時(shí)，試驗(yàn)介質(zhì)在盤式發(fā)電機(jī)內(nèi)加速，發(fā)電通道內(nèi)存在溫度、速度梯度，可能引起氣流方向銫濃度的變化，從而引起氣體電子數(shù)密度的變化。

圖8 直通式MHD發(fā)電機(jī)輸出功率

Fig.8TemporalresolvedresultsofoutputpowerforlinearMHDpowergenerator

(a) 單個(gè)工況

(b) 輸出發(fā)電功率與負(fù)載電阻的關(guān)系

Fig.9TemporalresolvedresultsofoutputpowerfordiskMHDpowergenerator

4 結(jié) 論

本文利用電弧加熱方式初步開展了磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)研究，通過長分段電弧加熱器提供磁流體發(fā)電機(jī)的入口熱參數(shù)，進(jìn)行了直通式磁流體發(fā)電和盤式磁流體發(fā)電的地面試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

(1) 發(fā)展了一套直通式小功率磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)裝置，在1 T磁場強(qiáng)度下，直通式磁流體發(fā)電機(jī)的最大輸出功率達(dá)到196 W，初步的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了磁流體發(fā)電的可行性，提高了對直通式磁流體發(fā)電機(jī)特性的認(rèn)識。

(2) 發(fā)展了一套盤式大功率磁流體發(fā)電地面試驗(yàn)裝置，在磁場強(qiáng)度7 T、負(fù)載0.5 Ω試驗(yàn)條件下，盤式磁流體發(fā)電機(jī)的最大輸出功率達(dá)到10.5 kW，初步實(shí)現(xiàn)了大功率磁流體發(fā)電技術(shù)的突破。

(3) 基于發(fā)射光譜非接觸式測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對發(fā)電過程高溫氣流參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，測量得到了銫種子的原子譜線及其光譜強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，并獲得了高溫導(dǎo)電介質(zhì)電子溫度隨時(shí)間的變化，為定量、定性判斷種子注入均勻性和氣流電導(dǎo)率的變化提供了有效測試手段。

(4) 基于發(fā)射光譜測量結(jié)果和磁流體發(fā)電機(jī)實(shí)際功率輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)過程中發(fā)電工質(zhì)電導(dǎo)率的波動較大，可能的原因是銫種子注入的不穩(wěn)定引起了發(fā)電工質(zhì)電子數(shù)密度的變化。

后續(xù)的研究工作將通過優(yōu)化種子注入穩(wěn)定性、提高試驗(yàn)工質(zhì)電導(dǎo)率、優(yōu)化發(fā)電通道設(shè)計(jì)等方式，提升大功率磁流體發(fā)電機(jī)的輸出性能，開展相關(guān)試驗(yàn)裝置地面集成試驗(yàn)研究及實(shí)際空間應(yīng)用。