磁流体发电机是一种利用导电流体在磁场中运动产生电能的发电机。它具有无部件运动、高效率、低噪音等优点，在航空航天、冶金、化工、能源等领域有广泛的应用。本文将介绍磁流体发电机的工作原理、历史发展、现状和展望。

工作原理

磁流体发电机的工作原理是根据法拉第电磁感应定律，让具有一定电导率的高温等离子气体，以一定的速度通过与它相互垂直的磁场，切割磁力线而产生感应电动势，从而产生电能。等离子气体是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。为了提高等离子气体的导电率，通常需要在高温燃烧的气体中加入易电离的碱金属化合物，如钾、铯等，这种碱金属化合物被称为“种子”。

磁流体发电机按工质的循环方式分为开式循环系统、闭式循环系统和液态金属循环系统。最简单的开式磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是：在燃料（如煤、油、气等）燃烧后产生的高温燃气中，加入“种子”，使其部分电离，经喷管加速，产生温度达3000℃、速度达1000米/秒的高温高速导电气体（部分等离子体），导电气体穿越置于强磁场中的发电通道，作切割磁力线的运动，感生出电流。在发电通道上安装电极和外部负荷连接时，则可发电。

闭式循环系统是指工质在系统内循环使用，不与外界交换物质。闭式系统可以使用惰性气体（如氦、氩等）作为工质，在换热器中加入“种子”并加热到高温状态，然后进入发电通道，在强磁场中产生感应电动势。闭式系统可以避免工质与空气混合而造成污染和损失。

液态金属循环系统是指使用低熔点的金属（如钠、钾等）作为导电流体，在液态金属中加入易挥发的流体（如甲苯、乙烷等）来推动液态金属的流动，然后进入发电通道，在强磁场中产生感应电动势。液态金属循环系统可以避免高温气体对通道和电极的腐蚀和氧化。

历史发展

磁流体发电机的概念最早由法拉第在1832年提出，他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动（即哈特曼流动）的理论计算方法。

磁流体发电机的研究始于20世纪50年代末，被认为是最现实可行、最有竞争力的直接发电方式。它涉及到磁流体动力学、等离子物理、高温技术及材料、低温超导技术和热物理等领域，是一项大型工程性课题。许多先进国家都把它列为国家重点科研项目，有的建立国际间协作关系，以期早日突破。

我国也在20世纪60年代开始了磁流体发电机的研究工作，并取得了一些成果。我国首台开式磁流体发电机于1971年在北京试运行，功率为10千瓦。1976年在上海建成了一台闭式磁流体发电机，功率为50千瓦。1980年在北京建成了一台液态金属循环系统的磁流体发电机，功率为100千瓦。此外，我国还开展了超导磁体、高温陶瓷、种子回收等方面的技术攻关。

现状和展望

目前，世界上技术最先进的磁流体发电装置是俄罗斯莫斯科北郊U-25装置。它是以天然气作为燃料的开式循环系统，额定功率为25兆瓦。它采用了超导磁体、高温陶瓷通道和种子回收装置等先进技术，实现了长时间稳定运行和较高的效率。

其他国家如美国、日本、德国、法国、意大利等也都在积极开展磁流体发电机的研究和试验工作，探索不同类型和规模的装置方案。其中美国曾经建造了一台以液态金属钠作为导电流体的闭式循环系统，功率为1兆瓦；日本曾经建造了一台以空气作为工质的开式循环系统，功率为2兆瓦。

尽管目前还存在一些技术难题和经济问题，但随着科学技术的进步和能源需求的增长，磁流体发电机仍然具有广阔的发展前景。它可以作为一种高效、低污染、灵活可靠的直接发电方式，在航空航天、冶金化工、能源利用等领域发挥重要作用。