高温熔盐相变蓄热系统的数值模拟

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2002年6月北京航空航天大学学报June2002第28卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVo1．28No．3高温熔盐相变蓄热系统的数值模拟邢玉明崔海亭袁修干(北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系)摘要：对空间站吸热器高温熔盐相变蓄热地面模拟系统进行了数值分析，得到了太阳模拟器功率、循环工质气体出口温度、相变材料容器壁温等参数的瞬态变化曲线，计算结果表明单元换热管的蓄／放热性能达到了设计要求．关键词：太阳能发电；蓄热；

2、空间站；吸热器中图分类号：TK513．5文献标识码：A文章编号：1001—5965(2002)03—0295—03空间太阳能热动力发电系统是很有前途的空模拟器为一台专门设计的单面加热炉，单元换热间电源系统．高温蓄热技术是太阳能热动力发电器长度0．9m，为整根换热器长度的1／3．单元蓄热系统的关键技术之一，通常利用相变材料(PCM)／换热管上钎焊套装了31个充装LiF的PCM容固液相变时的熔化潜热来蓄热．在轨道的日照期，器，沿加热炉轴线中心穿过．该系统放置在真空模聚能器将截取的太阳能聚集到吸热器圆柱形腔拟舱．工质气体为干空气，根据轨道运行参数设计内，

3、被吸收转化成热能，其中一部分热能传递给循流量为0．29～0．45mg／min，气体入口温度为797～环工质以驱动热机发电，其余的热能被封装在单832K，模拟计算中取为800K，气体的入口压力为元换热管上多个小容器内的PCM吸收储存起来，0．35～0．55MPa，气体最大压降小于3．5％，轨道此时PCM部分或全部变为液态．在轨道的阴影周期为91．02～93．67min，其中阴影期小于期，小容器内的PCM部分或全部变为固态，储存36．31min．单面加热炉均温区长1200IBm，高的能量被释放出来，使出口的循环工质温度仍能80mm，宽80mm．PCM容

4、器外径56mm，轴向长度维持在循环所要求的最低峰值温度上．保证空间28mm．换热管内径20mm，外径24mm．站处于阴影期时热机仍能连续工作，保证连续供d^电⋯t[．干空吸热器是空间站热动力发电系统(SDPSS)中V一个关键的研制项目，也是国外在SDPSS中投入力量最多的一个部件，这是由于在空间布雷顿循环(CBC)和斯特林循环(SC)装置各部件中，只有吸热器(HR)既没有同类的地面设备可以移植，也没有已经用于空间的类似部件可以借鉴；另外HR的质量占整个SDPSS的1／3以上，提高其性能，降1一太阳模拟器；2一单管及31个PCM容器；3一气泵；4干燥

5、过滤器；5一手动调节阀；6一孔板流量计；低它的质量对减少SDPSS的质量有重大意义．同7一空气预热器；8，9调功器；1空气换热器．时微重力下PCM容器内的物理过程相当复杂，地图1单管换热系统流程图面试验也比较困难，研制难度较大．本文对空间站太阳能热动力发电系统吸热器高温熔盐相变蓄／2数学模型放热性能进行了数值模拟研究．吸热／储热器单元划分如图2所示，单面加热炉、单元换热管及PCM容器组成一个封闭腔辐射1高温熔盐相变蓄热系统换热系统．将系统划分为39个换热单元，39个换蓄热／换热系统的流程图如图1所示．太阳热单元开始时均处于室温25℃并通入经预热到收

6、稿日期：2000—09—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(59876003)作者简介：邢玉明(1966一)，男，山西榆次人．副教授，100083，北京维普资讯http://www.cqvip.com296北京航空航天大学学报(mC)。百dTi：gR一qci(4)当0

7、构示意图的质量；C。为IAF的比热；Ah，为I』iF的相变潜约800K的干空气．太阳模拟器加热时间取热；q为i单元的辐射换热量；q。为i单元气体57min；相当于轨道的一个日照期；停止加热后持工质的对流换热量．续36min，相当于轨道一个阴影期．一个周期约一个PCM单元的辐射换热量93min．假设封闭腔内的每个单元表面是等温的，并q=∑AiF(J一)i=0，⋯，30(6)具有均匀的有效辐射和均匀照射的特性，同时各气管内的气体单元温度主要由上游温度和与表面具有不透明的漫射灰表面的辐射性质、封闭换热管中气管相应的壁面温度决定．腔处于真空环境中无介质参与

8、辐射能交换．系统设q为单位长度气管的对流换热：内每个单元的辐射换热方程如下：30g：WC(7)J一AkFki—q。=h·r