通過流動的導電流體與磁場相互作用而產生電能。在20世紀初就有人取得磁流體發電的專利，但直到50年代，在火箭技術發展的推動下，才獲得具有實際意義的進展。1959年首次出現磁流體發電和汽輪發電機組聯合迴圈，其效率約為50％左右，如果進一步改善，預計可達60％。磁流體發電裝置的優點是沒有機械運動部件，同汽輪發電機組聯合進行，效率可大為提高。
磁流體發電裝置中使用的導電流體（工作介質）有以下幾種。在使用礦物燃料的發電裝置中，工作作介質是燃料(石油、煤、天然氣)燃燒產生的高溫氣體（2500～3500開）。為使高溫氣體有足夠的電導率，加入總量1％左右的易電離物質──“種子”，一般為碳酸鉀。用裂變反應堆作熱源時，工作介質大多是惰性氣體(例如氦)，並以銫作為種子物質。由於受到反應堆固體元件材料的限制，工作介質的溫度遠不能使其達到電離狀態。為瞭提高電導率，通常采取非平衡電離效應（例如用高頻電場促使電離，這時電子的溫度高於離子和中性粒子的溫度）。此外，工作介質也可為液態金屬和氣體或液態金屬和其蒸氣的混合物。
原理 磁流體發電裝置的工作原理是法拉第電磁感應原理，用導電流體代替固體導體。導電流體在通道中橫越磁場B流過時，由於電磁感應而在垂直於磁場和流速的方向上感生出一個電場E，如把導電流體與外負載相接，導電流體中的能量就可直接轉換成電能，向外輸出（圖1）。這樣能省去普通發電機組中某些能量轉換的中間過程，因此這種發電又稱磁流體直接發電。在這種發電裝置中主要部件是發電通道、電極和磁場。
裝置類型 按照電流由導電流體中引出的方式，發電裝置可分為傳導式和感應式兩種。在傳導式發電器中，電流是通過發電通道兩側的電極引出的；在感應式發電器中，沒有電極，電流直接由磁場繞組輸出。按照輸出電流的類別，發電裝置可分為交流和直流兩種。根據工作介質在裝置中是一次使用還是在系統中循環使用，發電裝置可分為開式和閉式兩種。根據發電通道幾何形狀的不同，發電裝置可分為直線型、渦旋型和徑向外流型等幾種。下面介紹兩種裝置：
① 開式循環直線型磁流體發電裝置 這種發電裝置中的工作介質是溫度為2500～3500開的高溫電離氣體，即等離子體。在連續電極的直線型發電裝置中(圖2之a)，
如果平均電子碰撞頻率比電子在磁場中的回旋頻率大得多，則當等離子體橫越磁場時，就感生出一個同磁場和流速相垂直的電場。但當等離子體密度較低，電子在磁場中的回旋頻率相當於或甚至大於平均電子碰撞頻率時，電子在磁場中就沿曲線運動。這一現象稱為霍耳效應，由此產生的垂直於電場的電流稱為霍耳電流。電子回旋頻率
ω與平均電子碰撞頻率1/
τ之比
ωτ稱為霍耳系數，它表征霍耳效應的大小，在物理意義上相當於存在磁場時一個電子在兩次碰撞間轉過的弧度，也相當於沿等離子體流動方向的霍耳電流與平行於電場方向的電流之比。在連續電極發電裝置中，由於出現霍耳電流（損耗電流），平行於電場的電流要降低為原值的
。為瞭減小霍耳電流，通常采用分段電級(圖2之b)，也可直接利用霍耳電流來代替平行於電場的電流，從而成為霍耳發電裝置(圖2之c)。近年來又在此基礎上發展出斜框式通道的發電裝置。使用開式循環磁流體發電裝置可減少環境污染，特別對含硫較高的礦物燃料，由於在燃燒室中“種子”碳酸鉀幾乎完全離解，在發電裝置的通道下遊，通過化學反應復合成硫酸鉀，從而顯著降低二氧化硫的排放量。
② 閉式循環磁流體發電裝置 采取封閉回路，工作介質可反復使用。通常選用惰性氣體（如氦）作為介質，以銫作種子物質，利用非平衡電離效應來提高電導率，或用液態金屬及其蒸氣的混合物作為介質。這類裝置通常以裂變反應堆作熱源，其工作原理與開式循環裝置相同。
現狀和展望 當前的研究工作主要集中於燃燒礦物燃料的開式循環磁流體發電。蘇聯、美國、日本和中國等國都建立瞭一系列磁流體發電裝置。技術最先進的是蘇聯的Y-25型裝置。這種裝置由以天然氣作燃料的開式循環磁流體發電裝置和汽輪發電機聯合組成，頭部的磁流體發電裝置的設計功率是25兆瓦。美國在以煤作燃料的磁流體發電裝置方面也取得成就，Mark V 曾作為電弧風洞的電源投入使用。日本一座場強為5萬高斯（即5特斯拉）超導磁場的磁流體發電裝置已投入運轉。
以液態金屬作為工質的閉式循環磁流體發電裝置，由於沒有轉動部件，比較牢固，而且能夠發出交流電，故一般將它作為空間動力的備用裝置進行研究。近年來，美國、蘇聯、以色列還把這種磁流體發電與太陽能源結合起來進行研究。以裂變反應堆為熱源、采用非平衡電離效應的閉式循環磁流體發電裝置的研究工作尚未取得重大突破。這是因為有磁場時，非平衡電離的實驗結果同理論預計相差較遠。此外，由於電導率隨等離子體密度的增加而下降，所以要求工質處於低氣壓狀態，而這一要求同反應堆的合理設計有矛盾。近年來的研究表明，當等離子體密度足夠高時，粒子的平均動能已不再比粒子間的相互作用能大很多，等離子體變成非理想的。這時等離子體的電導率隨密度增大而上升，接近金屬的電導率。這一性質對磁流體發電以及作為反應堆中攜帶熱量的工質都是十分有利的。
隨著受控熱核反應研究的進展，聚變反應堆－磁流體發電裝置有可能成為21世紀中央電站的主要形式。
等離子體橫越磁場流動的穩定性問題是磁流體發電裝置研究的主要問題之一。在低氣壓閉式循環磁流體發電裝置中，由於工質處於非平衡狀態，出現的不穩定性較多。除瞭在等離子體中經常出現的由於局部溫度提高而引起電流集中、溫度反復上升和電子急劇加速的過熱不穩定性和離子聲波不穩定性以外，電離不穩定性成為重點研究對象。電離不穩定性出現後，荷電粒子的密度、電流和電場都隨空間和時間而迅速變化，從而降低有效電導率，使發電裝置的性能明顯惡化。有人提出用交替改變平均電流方向(其周期比不穩定發展的特征時間，即振幅增長e倍所需的時間更短)來抑制電離不穩定性的方法。在開式循環磁流體發電裝置中，等離子體是處於局部熱力學平衡的，不產生電離不穩定性，其他不穩定性也不明顯。但在大型工業裝置中，等離子體與磁場的相互作用較強，不穩定性也可能出現。
設計通道起初大多采用一維流動模型，隨著發電裝置功率的增大，需要對通道進行細致的理論研究。超聲速發電通道的理論和實驗是當前重點研究的項目之一。制造能長時間有效工作的通道和電極材料是當前主要技術困難的所在，而制造能提供高場強的超導磁體是磁流體發電裝置能否進入實用階段的關鍵問題。
參考書目
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