工程学概论6教材

1、电工理论与新技术电工理论与新技术 电工理论与新技术学科主要研究电网络、电磁场和基于新电工理论与新技术学科主要研究电网络、电磁场和基于新原理、新材料等电工新技术等的理论、方法及其应用。它既是原理、新材料等电工新技术等的理论、方法及其应用。它既是电类学科特别是电气工程学科的基础学科，又可成为边缘学科电类学科特别是电气工程学科的基础学科，又可成为边缘学科与交叉学科的生长点，对电气工程学科的发展和社会进步具有与交叉学科的生长点，对电气工程学科的发展和社会进步具有广泛的影响和巨大的作用。广泛的影响和巨大的作用。电工新技术的发展趋势新理论、新原理新理论、新原理新材料新材料新技术新技术等等离离子子体体物物理

2、理放放电电物物理理电电磁磁流流体体力力学学直直线线电电机机超超导导材材料料永永磁磁材材料料半半导导体体材材料料微微电电子子计计算算机机放放电电应应用用核核聚聚变变磁磁流流体体发发电电磁磁流流体体推推进进磁磁悬悬浮浮列列车车超超导导电电工工永 磁永 磁电 机电 机与 磁与 磁体体光光电电应应用用电电力力电电子子微电微电子专子专用设用设备备数控数控与机与机电控电控制制电工电工装置装置CAD电 磁电 磁场 数场 数值 计值 计算算 基基础础主主要要分分支支电电工工新新技技术术的的分分类类 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电

3、系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。 第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）， 第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。l整体煤气化联合循环（IGCC ）发电过程向气化炉中喷入煤粉或水煤浆、水蒸气和来自空气分离器的氧化剂，在高压（23MPa）的条件下产生中低热值的合成粗煤气（CO+H2); 经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，生成的高温高压的烟气进入燃气轮机中膨胀做功发电。燃气轮机排

4、气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功发电。整体煤气化联合循环系统简图 l整体煤气化联合循环（IGCC ）发电原理 IGCC的原理是：煤经过气化和净化后，除去煤气中99以上的硫化氢和接近100的粉尘，将固体燃料转化成燃气轮机能燃用的清洁气体燃料，以驱动燃气轮机发电，再利用燃气轮机高温排气经余热锅炉产生的蒸气推动蒸汽轮机做功发电，即使得燃气发电与蒸汽发电联合起来。 l 整体煤气化联合循环（IGCC ）发电技术 从总体上讲，一套完整的IGCC系统应该包括以下三个部分：气化部分：包括气化炉、进料系统、粗煤气显热回收系统和净化系统。动力部分：包括燃用清洁煤气的燃气-蒸汽联合循环发电机组。

5、空分部分：在需要纯氧做气化剂时的深冻制氧空气分离系统。l 从联合循环的形式上看，IGCC属于非补燃余热锅炉型联合循环，简单地说，它是利用煤的气化和净化设备，将煤转化为干净的可燃煤气，从而在高效且比较成熟的燃气-蒸汽联合循环中使用，以实现煤的洁净发电。总体上看，IGCC较好地实现了煤中化学能的洁净转化，并通过联合循环实现了能量的高效梯级利用。l整体煤气化联合循环发电技术主要优点1热效率高，目前已达50%。 2环保性能好。脱硫率9899以上，NOx排放等同于天然气，CO2排放也较少。 3燃料适应性强，对高硫煤有独特的适应性。 4可用于对燃油联合循环机组及老燃煤电厂改造，达到提高效率、改善环保、延长

6、寿命的目的。 l 增压流化床锅炉联合循环（PFBC）是将增压流化床燃烧技术与高效的燃气-蒸汽联合循环相结合发展起来的一项洁净煤发电技术。l 工作原理：将煤等燃料和脱硫剂一起送入压力为1.01.6MPa的增压流化床锅炉中，在其中完成燃烧和脱硫过程；流化床锅炉生成的高温烟气（900C左右）经高温除尘后直接送入燃气轮机做功发电，并驱动压气机。蒸汽动力循环所需的主蒸汽则来自流化床锅炉受热面蒸汽侧。 增压流化床锅炉联合循环（PFBC）分为第一代和第二代技术。l 第一代PFBC：分别采用过鼓泡流化床和循环流化床锅炉，都实现了商业运行。然而流化床属于低温燃烧方式，其燃气轮机入口温度偏低，循环发电的整体效率不

7、高，一般在41%43%左右。 l 第二代PFBC：在增压流化床锅炉前增加一个炭化炉，在燃气轮机之前增加一个顶置燃烧室，煤在炭化炉内发生部分气化，生成低热值煤气和焦炭，其中焦炭送入增压流化床锅炉中燃烧，生成主燃气以及蒸汽动力循环所需的主蒸汽；低热值煤气则经过除尘后送到顶置燃烧室，与从锅炉中出来的同样经过除尘的主燃气混合燃烧，使进入燃气轮机时的燃气初温提高到11001300C，从而将循环的总体效率提高到45%50%左右。l 增压流化床循环（PFBC）的特点及影响因素 特点：低污染、高效率。适合于改造已有旧的蒸气电站，即使新建电站，也由于PFBC的锅炉压力高、体积小，而大大减少电厂的占地面积和厂房规

8、模。 影响发电效率及功率的因素：增压流化床燃烧锅炉。它是整个循环的核心设备，其能量转换的高低直接影响到系统的发电效率。炭化炉的转化率。对于第二代PFBC来讲，提高煤在炭化炉中的转化率，使更多的煤能够部分气化为低热值煤气进入燃气-蒸汽联合循环，而非转化的主蒸汽的能量直接进入蒸汽动力循环，有助于提高系统的效率。背景：目前人类使用的能源是以石油、煤炭等为代表的化石燃料为主 。然而大家都知道：第一，化石能源是一种有限的、不可再生的资源；第二，化石燃料的使用带来了严重的环境问题，威胁人类的健康和生存；第三，国际石油争夺越来越激烈。因此，开发和利用来源更为广泛、清洁、高效的新能源刻不容缓。“氢经济”：氢以

9、其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体，氢能和可再生能源结合成一个完整的可再生的能源系统，基于这个系统的经济活动称为“氢经济”。 历史：简单地说，燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和 电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历 史。 燃料电池的定义及特点概念：在内部发生与水（H2O）电解相反的反应、将此时产生的电流输出到外部使用的电池。与普通电池

10、不同，无需更换电池及充电。不过，需要供给氢气及甲醇等燃料。通过这些燃料中含有的氢（H）在燃料电池内部与空气中的氧（O）发生反应，在生成 H2O的同时产生电流。与其说是电池，倒不如说是发电机。 燃料电池的定义及特点燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：（1）能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料电能转换效率在45%60%，而火力发电和核电的效率大约在30%40%。 （2）有害气体x、x及噪音低,2排放

11、因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。（3）燃料适用范围广。燃料电池的定义及特点（4）积木化强规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适（5）负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。 燃料电池发电基本原理 燃料电池所使用的氢燃料可以来自于任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼

12、气等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及的应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著改善空气污染及温室效应。 燃料电池发电基本原理l燃料电池电解反应过程表示为：l燃料电池不是储藏而是连续输出电能，只要燃料和氧化剂源源不断地供给电极，就可在排除反应产物和热量的过程中连续输出电能。OHOHOHOHeHeH22222222:244:442:总反应阴极阳极燃料电池发电基本原理l燃料电池克服了普通热机所不可避免的热力学损失，从而超越了卡诺循环的限制，理论上可以实现80%的转化效率，虽然实际运行

13、的燃料电池总的效率在45%60%之间，如果能充分利用反应过程中的生成热，其综合利用效率仍可接近80%，远远超过常规燃煤电站（35%左右）以及先进的燃气-蒸气联合循环（50%左右）的发电效率。图图9-2安装在美国Cinergy的Ballard燃料电池装置 安装在柏林的250kW PEMFC燃料电池电站l 技术思路：由于燃料电池具有高效、无污染的特点，因此人们想到将其融入先进的燃煤联合循环发电技术中，从而提高系统的发电效率，减少污染排放。该循环整合了燃料电池、燃气轮机和蒸汽轮机三种发电方式，充分利用了煤气化、煤气净化、余热锅炉等先进技术，即可提高发电效率，又能解决燃煤发电的污染问题，为洁净煤发电技

14、术引出一个新的方向。l 系统工作过程：以清洁煤气为燃料的燃料电池构成了系统的“顶循环”：即煤在高温高压下气化，生成以H2和CO为主的可燃气体，经净化处理后进入燃料电池的阳极，同时作为氧化剂的空气经压缩后送入燃料电池的阴极，发生燃料电池反应进行发电。燃料电池的高温排气或直接、或经过燃烧加热后进入燃气轮机，完成“底循环”，预计该系统可将发电效率提高到60%。太阳能发电技术一、太阳能对于人类来讲，太阳能取之不尽，用之不竭，无污染。每秒辐射到陆地表面的能量相当于全球1年内消耗总能量的3.5万倍；其中植物吸收的占0.015%，转化为燃料的不到0.002%。太阳能主要利用方式二、太阳能光伏发电太阳能电池组

15、太阳能控制器蓄电池逆变器光伏发电系统组成：光伏发电系统组成：图1 光伏发电系统示意图半导体硅的光电效应 光子穿透至PN结附近，能量被电子吸收。若光子能量大于电子的逸出功，电子摆脱束缚成为自由电子，同时产生一个带正电的空穴。 PN结具有由N指向P的电场，电子向N运动，空穴向P运动。表面电极为负，背电极为正。当与外负载连接时形成电流。图2 光电效应原理太阳能电池太阳能电池太阳能电池类型单晶硅硅电池多晶硅硅电池非晶硅硅电池单晶硅太阳能电池板多晶硅太阳能电池板非晶硅太阳能电池板太阳能供电系统的特点 不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般为5年需更换）；

16、免维护，无污染。系统可分为：直流供电系统和交直流供电系统两种。直流供电系统控制器作用：控制蓄电池组的放电、充电过程，防止过冲和过放；最优化能量管理（最佳工作点跟踪、温度补偿等）；光伏系统工作状态显示；光伏系统信息存储等。图5 直流供电系统交直流供电系统 图6 交直流供电系统应用实例太阳能路灯太阳能广告牌太阳能交通灯太阳能车站太阳能电话机太阳能拖车太阳能高尔夫球车太阳能快艇太阳能飞机并网光伏系统集中式大型并网光伏系统（大型并网光伏电站）分散式小型并网光伏系统（住宅并网光伏系统）并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂的控制和配电设备，占用大片土地，目前其发电成本远高于目前市场电价。住宅并网光伏系

17、统，特别是与建筑结合的住宅屋顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，在发达国家备受青睐，发展迅速。住宅并网光伏系统的主要特点，是所发的电能可直接分配到负载上，多余或不足的电力通过联接电网来调节。根据系统是否允许向电网馈电，可分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统u可逆流系统：光伏系统电力可逆流系统：光伏系统电力剩余剩余时送入电网，电时送入电网，电力力不足不足时由电网供电。时由电网供电。u不可逆流系统：光伏系统的发电量始终小于或等不可逆流系统：光伏系统的发电量始终小于或等于负荷用电量，电力不足由电网供电，即光伏系统于负荷用电量，电力不足由电网供电，即光伏系统与电网形成并联与电网形成并联向负载供电。向

18、负载供电。图7（a） 可逆流系统图7（b） 不可逆流系统根据是否有储能装置，分为有储能系统和无储能系统。有储能系统主动性强，在电网掉电、停电情况下可正常供电。图8（b） 无储能系统图8（a） 有储能（带蓄电池）系统徐州光伏电站徐州光伏电站德国巴伐利亚太阳公园6.3MW太阳能发电站 美国Tucson地区4.59MW太阳能电站 深圳园博会屋顶太阳能电源太阳能热力发电太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。目前主要热力目前主要热力发电装置：发电装置：槽式槽式塔式塔式碟（盘）式碟（盘）式槽式太阳能热电厂 产能产能64兆瓦，可为兆瓦，可为140

19、00个家庭提供足个家庭提供足够的电能。够的电能。 由西班牙阿希奥由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占纳集团负责建造，占地面积地面积250英亩，拥英亩，拥有有18.2万块凹面镜。万块凹面镜。 图10 “内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。槽式太阳能热电厂图11 加利福尼亚州KramerJunctionSEGSIII太阳能热发电项目 塔式太阳能热电厂塔式太阳能热电厂 2009年4月，西班牙在安达卢西亚（Andalucian）沙漠中建成当时全球最大太阳能电站。碟式太阳能热电装置碟式太阳能热电装置三种发电装置比较表1 塔式、槽式、盘式发电装置比较磁流体发电磁流体发电 磁流体发电的兴

20、起 磁流体发电的研究始于磁流体发电的研究始于2020世纪世纪5050年代末，被认为是最现实可年代末，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。，有的建立国际间协作关系，以期早日突破。 法拉弟发现电磁感应原理后，相继出现了三大发明：法拉弟发现电磁感应原

21、理后，相继出现了三大发明：励磁电机、电灯、电话，从而引起电力技术革命。励磁电机、电灯、电话，从而引起电力技术革命。18821882年世界第年世界第一座较正规的发电厂建成，容量一座较正规的发电厂建成，容量6716715kW5kW，到，到19961996年末全世界电年末全世界电力装机容量力装机容量2 2773TW773TW，发电量达，发电量达11601TWh11601TWh；我国；我国在上海建在上海建成第一个成第一个12kW12kW发电厂，到发电厂，到19981998年装机容量年装机容量277GW277GW，发电量，发电量1167TWh1167TWh。一个世纪以来，电力得到如此迅速的发展，是由于它

22、在使用上。一个世纪以来，电力得到如此迅速的发展，是由于它在使用上的高效、清洁和方便，电不但给家庭带来光明、舒适，更是一个的高效、清洁和方便，电不但给家庭带来光明、舒适，更是一个国家现代化、工业化的标志之一。国家现代化、工业化的标志之一。 ，美国的阿夫柯，美国的阿夫柯1号磁流体发电机发出号磁流体发电机发出11.4k的电力，的电力，点亮了点亮了228盏盏50的灯泡，运行了的灯泡，运行了10S，世界上第一台能够发出实，世界上第一台能够发出实际有用电功率的磁流体发电机宣告研制成功。际有用电功率的磁流体发电机宣告研制成功。1966年，美国空军年，美国空军研制成功一台实际输出电功率研制成功一台实际输出电功

23、率18M的磁流体发电机，每天大约的磁流体发电机，每天大约运行运行3次，每次次，每次1miN。这是世界上第一台作实际应用的磁流体发。这是世界上第一台作实际应用的磁流体发电机。电机。1977年美国建成年美国建成300M磁流体发电示范站。磁流体发电示范站。20世纪世纪90年代年代，独联体独联体建造了一个燃烧天然气的磁流体蒸汽联合电站，总输建造了一个燃烧天然气的磁流体蒸汽联合电站，总输出功率出功率582M。该电站采用超导磁体，磁感应强度为。该电站采用超导磁体，磁感应强度为6T。磁流体发电的定义及工作原理定义： 磁流体发电就是导磁流体发电就是导电流体电流体(气、液体气、液体)以一定的速以一定的速度垂直通

24、过磁场，从而感应度垂直通过磁场，从而感应电动势产生电功率，把内能电动势产生电功率，把内能直接转换成电能的一种发电直接转换成电能的一种发电方式。方式。工作原理：目前开发的目前开发的方案是将等离子体喷入磁场方案是将等离子体喷入磁场，在洛伦磁力的作用下，带，在洛伦磁力的作用下，带正负电荷的粒子分别反向运正负电荷的粒子分别反向运动，各自聚集到电极上，将动，各自聚集到电极上，将电极外接负载（用电器），电极外接负载（用电器），就能输出电能就能输出电能。几种不同发电方式比较一、风力发电(wingd-forceelectric power generation)原理：利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋

25、转的速度提升，来促使发电机发电。即把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。优点：1、清洁，环境效益好。 2、可再生，永不枯竭。3、基建周期短。4、装机规模灵活。缺点：1、噪声，视觉污染。2、占用大片土地。3、不稳定，不可控。4、目前成本仍然很高。二、水力发电二、水力发电（Hydro-Electric Power ）原理：利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。优点：水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。缺点：工程投资大、建设周期长，利用自然水源，受

26、自然条件的影响较大。三、核能发电三、核能发电（nuclear electric power generation） 核能发电的 能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。即利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。核能发电无空气污染，所需化石燃料少但投资成本大，风险高，易引起政治纠纷。四、太阳能发电四、太阳能发电(solar energy electricity)特点：无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费的时间短。不足之处是：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；获得的能源

27、同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关五、磁流体发电（magnet0hydrodynamic gengratio)优点：利用磁流体发电机发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。 节约燃料1/4-1/5，甚至更多，这是个巨大的数字，具有重要的经济意义。 污染少也是与普通火力发电比较而言。磁流体发电有“种子”回收装置，起自动脱硫作用，大气污染大为减少；联合循环热效率高，热污染比火力发电减少1/3，比原子能发电减少一半，大大减少冷却水的用量。 此外，还有单机容量

28、大，可达千万千瓦1台；起动快，可在几秒钟内达到满负载；比功率很大，发电机体积和重量相对比较小等等。 超导技术及其应用超导技术及其应用 超导现象的发现超导现象的发现 超导是某些金属或合金在低温条件下出现的一种奇妙的现象。最先发现这种现象的是荷兰物理学家卡麦林昂纳斯。1911年夏天，当昂纳斯的两个研究生在做低温实验时，偶然发现某些金属在极低温环境中，金属的电阻突然消失了。昂纳斯接着用水银做实验，发现水银在4.1K时（约相当于-269），出现了这种超导现象；他又用铅环做实验，九百安培的电流在铅环中流动不止，两年半以后仍旧毫无衰减。超导之性质电阻为零，一个超导体环移去电源之后，还能保持原有电流有人做过

29、实验，发现超导环中的电流持续了两年半而无显著衰减完全抗磁性，这一现象由德国物理学家迈斯纳发现，只要超导材料进入超导状态，便可把磁感线排斥体外，其体内的磁感应强度总是零（迈斯纳效应）超 导 技 术 应 用（1）能源-超导输电、超导储能、超导电机等（2）交通-磁悬浮列车（抗磁性应用）、船舶磁推进器（3）医疗卫生-核磁共振成像、生物磁仪器等（4）电子技术-超导微波技术应用、各类超导传感技术、 半导体 超导体集成电路、超导计算元件等（5）重大科学工程-加速器、受控热核装置等（6）国防技术-超导反潜、扫雷、电磁推进、通讯及制导等在磁悬浮列车方面的应用 1999年月，日本研制的超导磁悬浮列车时速已达552

30、公里 西南交通大学研制成功的超导磁悬浮列车，最高设计时速达500公里 列车的最高时速为300公里，飞机的为1000公里。所以人们就想寻求一种时速介于两者之间的交通工具。磁悬浮列车整好满足了这个要求。最高时速可达到500公里。 磁悬浮列车是利用超导体的完全排磁性，使列车悬浮在空中，以直流电动机作为推动力。他的优点是，不接触轨道，无摩擦，运行安全，无噪声，无任何有害气体排放。 在上海浦东已经建成了我国第一条磁悬浮铁路，全长30公里，仅需8分钟。在磁悬浮列车方面的应用 超导技术在定向武器方面的应用 在军事上，定向武器在未来战争中将起到举足轻重的作用。美国和俄罗斯已经把定向武器的研制放在突出的位置。定

31、向武器就是把能量汇聚成极细的能束，并沿着指定的方向以光速向外发射，从而摧毁目标。 存在一个问题：如何在瞬间提供大量的能量呢？用超导材料制成的闭合线圈就是一种理想的储能装置。因为在超导线圈中的电流没有功率损失，可长时间维持。只要线圈保持超导状态，它所储存的电磁能就会毫无损耗地长期保存下去并可随时把强大的能量提供给聚能武器，超导储能装置使聚能武器如虎添翼，有如给聚能武器提供了一个机动灵活、容量无比的弹药库，使聚能武器随时可以对敌实施攻击。飞飞 机机 推推 进进 器器超导技术在定向武器方面的应用 精确制导武器的发射超导技术在定向武器方面的应用 核 潜 艇 图超导技术在定向武器方面的应用 核磁共振核磁

32、共振 超导技术在医疗卫生方面的应用超导技术在医疗卫生方面的应用核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。是继CT后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。其基本原理基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。磁共振成像技术(MRI)和CT成像技术比较，首先是成像原理不同。CT即计算机断层扫描技术,是将X射线对人体组织作横断面扫描后通过计算机对密度对比分析成像诊断疾病，对

33、人体有X线辐射损伤，MRI是通过发射脉冲磁场信号，对人体氢质子磁共振信号进行分析成像，诊断疾病，不存在X线幅射损伤。可根据需要对人体进行横断面、矢状面、冠状面三维任意角度切层，通过各种角度显示病变，立体感更强，而且在同一切层可采用不同序列、不同参数扫描，这更有利于对不同生物学特性的组织的充分显示，由于MRI扫描中不同组织信号差异远大于CT上组织间密度差异，因此，使许多病变更易辩认，有利于对病变早期诊断，尤其是细小病变。 核磁共振核磁共振 超导技术在医疗卫生方面的应用超导技术在医疗卫生方面的应用受控热核聚变装置超导体在托卡马克装置中的应用 托卡马克装置是一种磁约束热核聚变实验装置，经过人们50多

34、年的不懈努力，1992年以来，已经成功的在欧洲联合环jet和美国TFTR上进行了氘氚放电，开发聚变能的科学可行性终于在托卡马克装置上得到证实。中科院等离子体物理研究所超导托卡马克HT-7巨大的电感线圈但是常规托卡马克装置，体积大，效率低而且是脉冲运行。而超导托卡马克正是在这一点上有着极大的优势，即:高效紧凑，稳态运行。利用超导体产生的巨大磁场，应用于受控制热核反应。核聚变反应时，内部温度高达1亿2亿，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。氢弹蘑菇云

35、能源储量（109J）可用年数石油1.2X101340天然气1.4X101350煤1.0X1014300铀235（裂变堆）101330铀238釷232（增殖堆） 101630000锂（DT聚变堆）10193X107各种能源储量和可用年数（按目前消耗水平） 煤DT聚变燃料 9000吨煤0.5公斤D21.5公斤Li6(0.7公斤T2)废料30000吨CO2 600吨SO2 90吨NO22公斤He4煤和DT聚变所耗燃料和产生废料对比（一天提供109W电能）1952年，美国第一次Sherwood方案会议在Denver举行。在以后几年里，发展了仿星器、磁镜、箍缩等装置。1957年，英国环形箍缩装置ZETA

36、运行。1958年，国际和平利用原子能会议召开。各主要国家将聚变研究解密。1961年，IAEA第一次国际核聚变会议在萨尔茨堡召开。 1964年，苏联研制T-3装置，大半径1m，环向磁场2-2.5Tesla，电子温度达到600-800eV。1968年，苏联在新西伯利亚会议上公布托卡马克上的结果。1969年，英国Calham实验室的科学家携激光散射测量装置去苏联T-3装置实地测量，证实确实达到很高的电子温度。 1970年，各国开始建造自己的托卡马克。1974年，美国公布角向箍缩装置Scyllac的结果。1979年，美国串列磁镜TMX成功验证串列磁镜概念。磁约束聚变研究历史1985年，苏美首脑建议合作

37、建造国际热核实验堆，即ITER1989年，德国ASDEX实现H模运转。1990年，ITER完成概念设计1991年，欧洲的JET装置用DT反应产生1.7MW聚变功率。1993年，美国TFTR装置用DT反应产生6.4MW聚变功率，后来又将这一功率提高到10.7MW。1997年，JET又创造了DT反应产生16.1MW聚变功率的新记录。1998年，日本JT-60装置的DD反应的实验参数的等效DT反应能量增益因子Q达到1.25。ITER完成工程设计2005年，参加ITER计划六方决定将装置建在法国磁约束聚变研究历史（续） 电动汽车电动汽车 1 电动汽车的概述 电动汽车是与燃油汽车相对应的，1881年就出

38、现了电动汽车。在20世纪20年代达到了鼎盛时期，然而在燃油汽车出现后电动汽车无论在整车质量、动力性能、行驶里程、机动性和灵活性方面愈来愈落后于燃油汽车。 在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，主要国家之污染法规渐趋严格，因此对低污染车辆之需求势必增加。随着各种高性能蓄电池和高效率电机不断地出项，使人们把目光又转向了零污染或超低污染排放的电动汽车。从20世纪70年代起，新一代电动汽车脱颖而出，出现了各种高性能的电动汽车。 电动汽车是至少以一种动力源为车载电源，全部或部分由电机驱动，符合道路交通安全法规的汽车。它因车载动力系统不同可分为三类：以车载燃料电池为动力的燃料电池电动汽车（Fu

39、el Cell Electric Vehicle-FCEV） ；以车载蓄电池为动力的蓄电池电动汽车（ Electric Vehicle-EV ），亦称之为纯电动汽车；以车载多能源为动力的混合动力电动汽车（ Hybrid Electric Vehicle-HEV），其动力来自2 个或2 个以上能源，如蓄电池，超级电容，飞轮电池，太阳能，内燃机，燃气轮机，斯特林发动机等。 2 电动汽车的特点 随着能源危机和环境污染的全球两大突出问题日益严重，特别是随电动汽车自身难点不断解决，使电动汽车具有更多突出特点。 (1)对环境无污染 (2)节能及能源多样化和综合利用 (3)结构简单和维护使用方便 3.1 蓄

40、电池电动汽车（EV） EV是一种最好的零污染或超低污染的车辆，它没有噪声和振动，操作性能好等，远远地优先于燃油汽车，是当前开发和研制取代燃油汽车的首选车型。EV动力源采用蓄电池-电动机系统。 EV的基本组成部分： (1) 车载电源 (2) 电池的管理系统 (3) 驱动电动机和驱动系统 (4) 控制技术 (5) 车身及底盘 (6) 安全保护系统蓄电池电动汽车的发展 EV发展的瓶颈在于电池。近年来由于电池技术的制约使得EV发展速度有所缓慢。在车载电源得到解决后，电动汽车必会迅速地发展。 目前EV趋于小型化、个性化和家庭化发展，主要为家庭辅助用车或休闲用车。几种典型EV世界各国有各种微型和小型EV在

41、使用。 韩国现代公司推出的蓄电池电动跑车 美国洛杉矶车展法国文图瑞（Venturi）公司推出，集各种高端性能于一身，当今世界上最昂贵的一款电动车。 3.2 燃料电池电动汽车（FCEV） 采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车即Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)。其动力源是用燃料电池发动机-电动机系统。燃料电池驱动系统是FCEV的核心部分，不同燃料作为动力源，发电机系统组成是有差别的。目前，多以压缩氢气或液化氢气及作为基本燃料。 通用Hy-wire氢动三号由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气

42、。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。氢储存罐分为两种，一种罐内储存的是温度为-253C的液态氢，另一种罐内储存的是承受最高压力可达700Pa的高压氢气。一次充气行驶里程分别可达400公里和270公里。 通用Hy-wire氢动三号的电池组3.2.2 FCEV的发展现状 燃料电池技术被认为是21 世纪首选的洁净、高效的发电技术，其具有能量转化效率高、不污染环境、使用寿命长等不可比拟的优势。但是由于目前燃料电池研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。3.3 混合电动汽车（HEV） 从世界范围内电动汽车的发展

43、过程看，电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的。但由于纯电动汽车是从单独依靠蓄电池供电的，而目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的。目前燃料电池研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。 在此情况下，混合动力汽车成为电动汽车开发过程中最有可能市场化的一种新车型，它将现有内燃机与一定容量的储能器件通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。国外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注。3.3.1 HEV的工作过程 HEV采用

44、发动机-发电机和电动驱动系统。发动机的动力保证HEV正常行驶时所需要的基本动力。然后采用控制发动机转速范围、降低发动机的最高转速、保持发动机的稳定均衡地运转和“开关”的控制方式，使发动机避开启动、怠速和转速突然变化时，燃料燃烧不完全而引起的燃料经济性降低和增加有害气体的排放。HEV以电动机驱动作为辅助动力。一般在HEV发动机启动、车辆启动、加速和爬坡时起作用。还起发电机的作用，使发动机的动能转换为电能，储存到电池组中去。在1998 年，通用公司研制出的Gen2 斯特灵混和动力车，使用斯特灵发动机通用公司Gen2 混合动力样车 标致雪铁龙集团推出基于“柴油-电力”混合动力的两款展示车标致307和雪铁龙C4。这种混合动力车平均百公里能耗为3.4升柴油，二氧化碳的排放量为每公里90克。在高速行驶模式下为80g/km，与307及C4的柴油发动机车型相比，分别减少了28和45。柴油混合动力车的燃效为29.4km/L，比汽油混合动力车提高25，每100km可节省1L左右的燃料。 混合动力系统由最大输出功率为66kW的1.6L柴油发动机、柴油颗粒过滤器（DPF）、起动器兼交流发电机、“Stop Start”系统、DC无刷马达、逆变器及镍氢充电电池构成。该系统配套使用6速手自一体变速箱。 3.3.3 柴油混合动力车 混合动力系统采用以发动机为主