空间反应堆动态能量转换系统特性研究

发布时间：2022-08-02 16:57

　　空间反应堆以其高能量密度、长寿命等特点,成为了未来深空探测和行星基地的潜在理想能源。能量转换系统是空间反应堆的重要组成部分,功能为将空间反应堆中的热能转换为电能。因运行环境特殊,空间动态能量转换系统必须具备高效、紧凑的特点,同时对其设计和运行将有特殊的要求:系统体积与质量小,运行稳定,适应频繁变化的工况。空间布雷顿循环是满足上述要求的理想能量转换技术,本文对以空间Brayton循环作为研究对象。本文根据空间运行要求,对地面Brayton循环作出了改进:改变循环运行工质,将工质由纯氦改变为氦氙混合气体,以牺牲工质热力学性能为代价,改善工质气动性能,降低压气机与涡轮的级数,达到减少空间Brayton循环中压气机和换热器个数的目的;空间Brayton循环在压气机出口处采用分流流道冷却轴承和发电机,避免加入额外冷却系统,达到降低系统体积、质量的目的。本文以氦氙混合工质物性分析为基础,对空间Brayton循环进行物理建模与热力学分析,定性分析工质成分变化对循环重要参数的影响;同时对循环压气机、涡轮进行气动分析,研究工质成分变化对叶轮机械的影响。结果表明,随着氙气摩尔分数的增加,系统热力学性能降低... 

【文章页数】：171 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 绪论
    1.1 空间技术与空间能源
        1.1.1 现有空间能源
        1.1.2 空间反应堆简介
        1.1.3 空间能源比较
    1.2 空间反应堆的能量转换系统
        1.2.1 空间反应堆能量转换系统的选择
        1.2.2 空间Brayton循环工程
        1.2.3 空间Brayton循环理论研究
    1.3 本文研究内容及意义
第2章 空间Brayton循环热力学分析
    2.1 空间Brayton循环概述
    2.2 空间Brayton循环工质物性分析
        2.2.1 空间Brayton循环工质的选择
        2.2.2 氦-氙混合工质物性
    2.3 空间Brayton循环热力学建模
        2.3.1 带分流Brayton循环热力学模型的建立
        2.3.2 热力学模型验证
        2.3.3 计算参数及限定条件的选取
        2.3.4 循环关键参数分析
    2.4 空间Brayton循环热力学分析
        2.4.1 关键参数对空间Brayton循环的影响
        2.4.2 空间Brayton循环热力学综合分析
    2.5 空间Brayton循环热力学优化
        2.5.1 效率最大优化模式
        2.5.2 比功最大优化模式
        2.5.3 两种优化模式对比
    2.6 本章小结
第3章 空间Brayton循环叶轮机械气动分析
    3.1 空间Brayton循环压气机气动分析
        3.1.1 基元级分析
        3.1.2 多级压气机工作特点
        3.1.3 空间Brayton循环压气机研究分析思路
        3.1.4 空间Brayton循环压气机气动分析
    3.2 空间Brayton循环涡轮气动分析
        3.2.1 基元级分析
        3.2.2 多级涡轮工作特点
        3.2.3 空间Brayton循环涡轮研究分析思路
        3.2.4 空间Brayton循环涡轮气动分析
    3.3 本章小结
第4章 MW级空间Brayton循环特性分析
    4.1 特性分析参数选取及分析条件
        4.1.1 特性分析参数调整
        4.1.2 特性研究中循环关键参数的选取
    4.2 空间Brayton循环关键部件额定参数
        4.2.1 叶轮机械
        4.2.2 回热器
        4.2.3 气体冷却器
        4.2.4 辐射散热器
        4.2.5 管道
    4.3 本章小结
第5章 空间Brayton循环调节机理
    5.1 空间Brayton循环部分工况控制方程
        5.1.1 叶轮机械特性分析
        5.1.2 控制方程
        5.1.3 部分工况控制模型验证
    5.2 空间Brayton循环部分工况的调节机理
        5.2.1 定转速工况
        5.2.2 变转速工况
    5.3 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
附录 氦氙混合工质物性计算
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]高温气冷堆的发展与前景[J]. 高立本,沈健.  中国核工业. 2016(10)
[2]HTR-10GT充装量调节特性及其机理[J]. 李骁,杨小勇,张佑杰.  清华大学学报(自然科学版). 2015(09)
[3]氦气压气机叶型气动特性研究(英文)[J]. 韩俊,温风波,王松涛.  科学技术与工程. 2014(03)
[4]国外空间推进技术现状和发展趋势[J]. 杭观荣,洪鑫,康小录.  火箭推进. 2013(05)
[5]空间核电推进技术发展研究[J]. 周成,张笃周,李永,汤章阳,于洋,唐玉华.  空间控制技术与应用. 2013(05)
[6]核热推进堆芯方案的发展[J]. 解家春,赵守智.  原子能科学技术. 2012(S2)
[7]空间燃料电池技术发展[J]. 刘向,张伟,孙毅,张新荣,王涛.  中国电子科学研究院学报. 2012(05)
[8]放射性同位素电池的研究及进展[J]. 郭鹏伟,周剑良,左国平,欧频.  衡阳师范学院学报. 2011(06)
[9]核热推进技术综述[J]. 廖宏图.  火箭推进. 2011(04)
[10]具有独特用途的放射性同位素电池[J]. 沈天健,梁代骅,蔡建华,戴志敏,夏汇浩,王建华,孙森,俞国军,王晓,王东兴,刘鑫.  核技术. 2010(08)

博士论文
[1]航空轴流涡轮的多级气动优化设计及气动性能研究[D]. 赵洪雷.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]论中国空间安全[D]. 白春玲.西北工业大学 2005



本文编号：3668898