近年来，随着液态金属冷却核反应堆技术的发展，以液态金属和气体混合物为工质的两相流磁流体发电技术越来越受到关注。早期的研究大多数集中于概念设计、可行性分析和初步试验上，对两相流场、气泡的运动等方面的研究较少。本文研究了工作参数和工质物性对两相流场和发电性能的影响，并设计计算了一种紧凑式核能两相流磁流体发电系统。主要研究内容及结果如下：

首先，数值模拟研究了两相流磁流体发电通道内气液两相流体的运动和分布规律，分析了各边界条件对其运动和分布的影响。由于磁场的作用，发电通道内两相流体速度分布呈现典型MHD效应，即“M”型分布，同时气液两相流在磁场作用下会出现气液分离，气体的体积分数分布也呈“M”型，即在流场中心区域和近壁面区域气体体积分数减小，两侧区域的气体体积分数增大。两相滑移速度随着磁场强度和气泡直径的增大而增大，随空泡率的增大而减小；发电效率与两相滑移速度的变化趋势相反，即两相滑移速度越大，气液分离程度越大，滑移损失也越大，发电效率越低。基于发电通道中两相流体的分布提出了一种提高两相流磁流体发电性能的方法，在不改变平均空泡率的情况下，适量减小通道入口近壁面处的空泡率并增大入口中心区域的空泡率能有效提高两相流磁流体的发电性能。

其次，研究了有机工质和液态金属物性对发电通道内流场和发电性能的影响，同时考虑了气体密度随通道MHD压降的变化。考虑了密度随压力变化后，通道中的整体流速由于气体的膨胀而增大，发电通道的输出电流和输出功率增大，但发电效率由于摩擦损失的增加而略微下降。有机工质黏度越小，滑移损失越大，但黏度对滑移损失的影响要小于摩擦损失的影响，输出功率和发电效率反而增大。有机工质密度越大，滑移损失越大，发电效率越低，但输出功率增大。液态金属的密度影响流场的分布，液态金属密度越小，其射流速度越大，气液分离点越靠近入口处。输出功率和发电效率均随液态金属电导率的增大而增大。

最后，根据给定的工作条件，设计了一种紧凑式核能液态金属两相流磁流体发电系统，该系统以液态金属镓和高温有机物癸烷为工质。对发电系统的各个部件进行了设计计算，最终得到发电通道的输出功率为325kW，系统的热效率为17.84%，满足性能指标的要求。