MW级热离子转换空间核能系统性能分析与优化

发布时间：2022-02-17 19:11

　　伴随太空探测任务的不断发展和核反应堆技术的不断进步,以化学能和太阳能为电能的空间装置逐渐不能满足太空探测任务的要求。空间核电源与化学能电源和太阳能电源相比,其功率可以大大提升,并且装置可靠性更高。核电源的热电转换部分,按照有无动态部件可以分成静态转换和动态转换。核电推进方式能够大大降低推进剂的使用量,结构质量更小,寿命更长,并且对航天器的振动更小,控性精度更高。本文针对热离子转换的空间核能系统进行了探讨,研究内容主要分为三部分:基于热离子热电转换的空间核电源,热排放系统和核电推进系统。在热离子热电转换的空间核电源部分,建立了热离子热电转换数理模型,在满足空间反应堆实际运行工况的基础上,对系统进行热力学计算,为性能分析与优化提供理论基础。建立热离子能量转换器模型和热离子与温差耦合转换模型,对其进行性能分析及优化。得到结论热离子热电转换核电源在发射极温度为2000K,接收极温度为950K,电极面积为660cm2时,系统的性能最佳,此时的输出功率是1970W,效率是21%;耦合转换发射极温度为2000K,接收极温度为1100K,冷端温度为700K时,系统输出功率和效率最大。此时的输出功率为2... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国内外研究现状简析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 空间核电源热离子转换模型建立及优化
    2.1 引言
    2.2 建立热离子能量转化器模型
    2.3 建立热离子转换和温差转换耦合模型
    2.4 热离子能量转换器性能分析及优化
        2.4.1 发射极温度对转换性能影响
        2.4.2 接收极温度对转换性能影响
        2.4.3 电极面积对转换性能影响
    2.5 热离子和温差耦合转换性能分析及优化
    2.6 本章小结
第3章 热管散热器模拟及优化
    3.1 引言
    3.2 热管散热器热传递过程
        3.2.1 热管工作原理
        3.2.2 热管散热器传热过程分析
    3.3 热管散热器模型建立
        3.3.1 热管选材
        3.3.2 散热器参数设计
        3.3.3 散热器物理模型建立
    3.4 热管散热器模拟及优化
        3.4.1 网格划分
        3.4.2 条件设置及求解
        3.4.3 结果后处理
    3.5 本章小结
第4章 大功率霍尔推进系统性能分析
    4.1 引言
    4.2 大功率霍尔推进系统组成
    4.3 霍尔推进系统性能分析
        4.3.1 霍尔推进器性能分析
        4.3.2 双模式推进性能分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于核电的大功率霍尔电推进系统设计及分析[J]. 刘佳,康小录,张岩,杭观荣.  原子能科学技术. 2019(01)
[2]航天器核动力推进系统热力学性能研究[J]. 冯致远,张昊春,吉宇,程献伟,赵广播.  载人航天. 2016(06)
[3]全电推进卫星平台现状与进展[J]. 魏冰洁,孙小菁,王小永.  真空与低温. 2016(05)
[4]空间核动力装置斯特林转换系统的热力学性能优化分析[J]. 张昊春,冯致远,蔡书宜,吉宇,张亦宁,赵广播.  核动力工程. 2016(03)
[5]月球基地核电源系统方案研究[J]. 姚成志,胡古,解家春,赵守智,安伟健.  原子能科学技术. 2016(03)
[6]球床堆在空间核动力系统中的应用[J]. 游尔胜,石磊,郑艳华,张作义.  原子能科学技术. 2015(S1)
[7]兰州空间技术物理研究所电推进新进展[J]. 张天平.  火箭推进. 2015(02)
[8]核动力航天器发展历程(下)[J]. 马世俊,杜辉,周继时,朱安文.  中国航天. 2014(05)
[9]核动力航天器发展历程(上)[J]. 马世俊,杜辉,周继时,朱安文.  中国航天. 2014(04)
[10]小型圆热管烧结吸液芯的设计与制造(英文)[J]. 蒋乐伦,汤勇,周伟,蒋琳珍,肖潭,李燕,高金武.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(01)

博士论文
[1]深空探测器小推力轨道优化设计方法及其应用研究[D]. 蒋小勇.国防科学技术大学 2014



本文编号：3629954