多种不可逆性对太阳能空间动力系统性能的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第2期太阳能学报V01．22．No22OO】年4月^CTAENERGIAESOLAR~SIN1CAApr．，2001文章编号：0254．0眇6(2帅1)02．O226．04多种不可逆性对太阳能空间动力系统性能的影响林比宏，林国星，陈金灿(I+厦门大学物理系，厦门361005{2泉州师范学院物理系，泉州362000)摘要：考虑太阳能空间动力系统中的主要不可逆因素对其循环性能的影响，应用有限时间热力学理论计算系统在不同约束条件下的最大效率，确定太阳能集热器的最佳工作温度，并对其它有关的性能参数进行忧化

2、分析，从而获得一些有意义的新结论。关键词：太阳能空间动力系统；辐射热损失；不可逆传热：内不可逆性；最大效率；最佳工作温度中围分类号：TK512文献标识码：Aq=q。一q．=。A一(一)A(3)0引言其中q。：，。A为人射到集热器的总太阳能，为光资源、环境和能源是新世纪人类所面临的“全球学效率，口．为集热器的热损失，^和^分别为集问题”太阳能是自然界中一种丰富的清洁能源，太热器的开口面积和吸收面积，e为集热器的有效辐阳能的利用、开发和转换成为人类寻求新能源的热射率，D为Stefan．Boltzmaml常数．w：kAtA，Th为点。而太阳能热机是开发利用太

3、阳能的一种重要设备。近年来，不少学者应用有限时问热力学理论优集热器的工作温度，为环境温度，，为q=0时化太阳能热机的性能，取得了一些有意义的结集热器所能达到的最高工作温度，它由下式确定果。本文将在这些研究的基础上，利用不可逆热机循环模型和太阳能集热器的辐射热损失模型，【等。。㈩探讨各主要不可逆因素对太阳能空问动力系统性能根据有限时问热力学理论，可证明工作在温度的影响，并在不同约束条件下讨论系统的优化性能。和之间、热传递过程遵从辐射定律且循环工1循环模型质内部存在不可逆性的热机的供热率q和效率间的关系勾太阳能热机通常由太阳能集热器和热机所组成，其效率等于

4、集热器的效率，和热机的效率：!：：(5)1r之积，即瓦(1__7=玑哼h(1)其中和U分别为热机的高、低温热交换器的导当太阳能热机工作在太空时．入射到集热器上热系数一和d分别为高、低温热交换器的传热面的太阳光强度比入射到地球表面的太阳光强度大得积，，表示循环工质内部的不可逆性。当，=1时，多，集热器工作在较高的温度，辐射热损失占主导地不可逆循环就转化成内可逆循环。位。因而，集热器的效率仉和集热器所提供的有用应用上述方程讨论不可逆太阳能空间动力系统热能q可分别表示为的性能，可确定太阳能集热器的最佳工作温度与系玑==(一)(2)统的最大效率。收稿日期：20

5、00-04．。l基金项目：国家自然科学基金资助项目维普资讯http://www.cqvip.com2期林比宏等：多种不可逆性对太阳能空间动力系统性能的影响227(I1)式则简化为2集热器的最佳工作温度与系统的最4一3／7"。一盯=0(12大效率．令(12)式中的，=1，立即得到许多学者“在研究对于不同的约束条件，热机的供热率g和最佳太阳能转换有关问题时各自独立导出的一个重要公效率间的关系是不同的。下面讨论在给定热机式：的总传热面积和给定热机的总导热系数两种不同情4一3一=0(13)．况时系统的优化性能。将(I1)～(13)式中的值代A(1o)式即可得到

6、2．1给定热机总传热面积在不同情况下太阳能空间动力系统的最大效率。在热机的总传热面积A=A+A给定下，由2)当很小时，／《1一玑。这时热机的效(5)式及其极值条件可证明，当率可表示为A=一√(南1一玑)(⋯)一{而㈩时，热机的供热率q和最佳效率玑间的关系为这是一种有实际意义的情况。因为当太阳能热机工(7)作在太空时，=3K。将(2)和(14)式代人(1)式，得到太阳能空间动力系统的效率为其中6=r／U。解(2)和(7)式得=c{l_{而}"I州(8)(15)应用(15)式，并取c=0．Ol和U／：1，可得系统其中c=．／(UA)。一般地，由(8)式不可

7、能求出的效率随集热器的工作温度变化的曲线．如图Ib热机效率的解析式，只能从(I)、(2)和(8)式出发，用所示。图中所示的太阳能集热器的最佳工作温度由数值解求出太阳能空间动力系统的各个参数。然而，在一些特殊情况下，由(8)式可得热机效率的解36c”(一。析式。例如：．)“【叩。一v，__=]1)当u一*时，热机的效率一3。I⋯一~／-二：]+6c(lT一)=0(16)⋯一_=_()确定。可直接由(8)式求出。将(2)和(9)代^(1)式，得到应用(6)和(14)式，可得热机的两个热交换器的太阳能空间动力系统的效率为传热面积之比A，A与太阳能集热器的工作

8、温度间的关系为=(一)j1一：—：—ij(1。)应用(10)式，取c=0．01，／=0．1，可