%aa阳能热动力系统吸热蓄热器能量分析.pdf
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1、收稿日期!#$%#&%$修订日期!#$%#(%#)基金项目!国家自然科学基金资助项目*+(,)&#-.作者简介!侯欣宾*$()-%./男/山西定襄人/北京航空航天大学飞行器与应用力学系博士生0第$)卷第-期#年)月航空动力学报1 2 3 4 5 6 7 2 8 9:4 2;2?:4A B C$)DA C-EE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E EF G B H#文章编号!$#I,#+*#
2、.#-I#-I#J太阳能热动力系统吸热K蓄热器能量分析侯欣宾/袁修干/崔海亭*北京航空航天大学 飞行器与应用力学系/北京$#,-.摘要!空间太阳能热动力发电系统是一种新型的空间电力系统L吸热K蓄热器是热动力发电系统关键部件之一L吸热K蓄热器采用的蓄热方式是相变蓄热L通过对吸热K蓄热器的能量分析/可以很好的了解吸热器的能量传递/以及相变材料的工作过程L建立了太阳能热动力发电系统吸热器腔体辐射模型/结合换热管的传热模型计算了吸热器的传热过程L得到了吸热器的能量损失M工质吸收能量M N O P的潜热储能和显热储能等重要指标/并且得到了换热管最大温度/工质出口温度等重要结果L计算结果可以用于吸热器的设
3、计L关键词!热分析相变蓄热太阳能热动力发电吸热器中图分类号!Q R+$-C+文献标识码!ST U:V 5:4 W X9 5 6 7 X;Y;Y 5Z:6 :=:Y :4 6 Y X_a b c d I e c d/faSDb c G I g h d/O ai _h c I j c d g*k l c m c d gad c n l o p c j HA q Sl o A d h G j c r ph d sSp j o A d h G j c r p/k l c m c d g$#,-/O t c d h.9 u;4 6=!v A B h o w H d h xc rN A yl o v H
4、p j l x c pj Ae lj t lp z h r ll d l o g Hp H p j l x c dj t lq G j G o l 0Q t lt l h j o l r l c n l o c pA d lA q j t lv w N v l Hz h o j p 0 N t h p lr t h d g lj t l o xh B p j A o h g lc pG p l sc dt l h jo l r l c n l o 0 Q t ll d l o g Hh d h B H p c pr h de lG p l sj AG d s l o p j h d sj t
5、ll d l o g Hj o h d p q l oc dt l h j o l r l c n l oh d sj t lj t l o xh B p j A o h g lc dN O P0 Q t lt l h j o l r l c n l or h n c j Ho h s c h j c A dxh j t l xh j c r h B xA s l B h d sj t lg h pj G e lt l h j xA s l B yl o ll p j h e B c p t l s 0 _l h j B A p p/l d l o g Hh e p A o e l se Hg
6、 h p/j t lB h j l d jh d sp l d p c e B lj t l o xh B p j A o h g l c dN O P/j G e l xh|c xG xj l xz l o h j G o l/g h p l|c j j l xz l o h j G o l h d sB c G c sN O P q o h r j c A dyl o lr h B r G B h j l s 0 Q t lo l p G B j pyl o lh d h B H p l sh d sr A G B se lG p l sc dt l h j o l r l c n l o
7、s l p c g d c d g 0:X?2 4!;!j t l o xh B h d h B H p c p z t h p lr t h d g lj t l o xh B p j A o h g l p A B h o s H d h xc rz A yl o t l h j o l r l c n l o$前言$(+年月$)日/世界上第一套空间太阳能热动力发电系统 地面样机在美国DSv S#l yc p研究中心成功实现了 电力输出/标志着这一重要的空间电力技术进入了一个新的阶段$%L与太阳能光伏系统*N.相比/太阳能热动力发电系统主要优点是效率高M比质量小M面积小M寿命长L对于低地轨
8、道运行M电能需求大的航天器/可以大幅降低运行成本$%L吸热K蓄热器是空间太阳能热动力发电系统四大关键部件之一L其主要功能是吸收太阳能反射器反射的太阳能/将其传递给循环工质驱动热机发电L为了保证热动力系统的阴影期连续正常运行!采用高温相变材料#$%&储存部分能量用于阴影期工质的需求(吸热器结构图)表示了一个圆柱腔形吸热器循环工质导管上套装着多个分离的#$%容器!高温相变材料封装在容器内图)吸热*蓄热器结构图+,-.)/0 1 2 3 0 4 0,5 0 3目前对于吸热器的热分析较多的集中在容器的传热分析上6 7!8 9吸热器整体分析方面!文献6:9介绍了吸热器计算程序;?$A;B各计算模块!并没
9、有给出计算的详细模型文献6 C 9计算了换热管传热本文考虑了吸热腔辐射模型和换热管传热模型!对吸热器的能量传递进行了分析!并且得到了轨道周期内换热管最大温度D工质出口温度D#$%熔化率等主要参数的变化7吸热器传热模型7.)吸热腔能量平衡根据能量平衡!入射能量等于吸热腔吸收热量加入射窗辐射损失和壳体损失!即EFG,HI FG4 1 5J FG1 KJ FGL M 0 N N)&吸热腔吸收能量包括传递给工质的能量和换热管吸收的能量EFG4 1 5I FG-1 LJ FG1 O L(&换热管吸收能量包括显热储热和#$%潜热储热EFG1 O LI FGL 0 HJ FGN 1 2 7&入射窗辐射损失为
10、EFG1 KI PQRSTSUS V1 K W8SV W81 K&8&式中E RS为各内腔单元面积X P为辐射常数X U为角系数!TS为各内腔单元辐射率壳体损失为EFGL M 0 N NI YZFG1 K:&式中E YZ为壳体损失与入射窗损失之比根据试验得到7.(吸热器辐射模型假设吸热腔各换热管热流相同!吸热腔简化为图(所示的辐射计算模型!换热管由(8个容器组成这样吸热腔划分为(个辐射表面底板D入射窗挡板D入射窗分别为一个表面!(8个容器环对应(8个表面图(吸热腔辐射模型+,-.(A M 03 1 ,1 2,H 0 N _ M 0 1 2 3 0 4 0,5 0 34 1 5,2 图(所示辐射
11、模型中入射窗看作为黑体!其余部分可看作为漫射灰体根据漫射灰体表面的辐射理论6 9!漫射灰体表面有效辐射计算方程为EabI TbP W8bJ )V Tb&Qcd I)adUb Vd C&式中E T为表面黑度方程组 8&可以通过e 1 f L L消元法求解各角系数的计算参考文献6 g 9 解得各表面有效辐射后!可以通过下式求解各表面的净辐射热流hbITb)V Tb P W8bV ab&T i)P W8bVQcd I)adUb VdjklT I)&7.7换热管传热模型对于图)中的换热管!可以简化为图7所示的计算模型为了保证工质的流速需要!换热管采用了中央封堵的结构!工质在环形工质通道中流动#$%单元
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