AMTEC热损失分析研究
碱金属热电转换器(AlkaliMetalThermoelectricConverter,缩写AMTEC)是以β〞氧化铝固体电解质(Beta〞AluminaSolidElectrolytes,缩写BASE)为核心元件,以钠为工质,利用BASE允许钠离子在其晶体结构内沿原子平面运动而阻止电子透过的性质,实现热能与电能之间直接转换的新型发电装置。它可以和多种形式的热源结合,构成高效、无噪声、无运动部件的电源。而且理论上热电转换效率可达30％~40%,但实际运行中由于存在热损失而效率仅为15%~20%,其中AMTEC内部的辐射热损失占主要部分。 本文在辐射热传递的理论基础上,通过Fluent中的DO辐射模型对影响辐射换热的因素进行数值模拟。主要工作内容为:(1)分析不同冷端温度对AMTEC的传热过程及热损失的影响;(2)计算不同表面发射率下BASE管的辐射换热量;(3)对比理想绝热壁面和换热壁面下AMTEC的温度分布及散热损失;(4)分析采用遮热罩对低压腔内辐射换热的影响;(5)初步探讨BASE管及AMTEC的几何参数对转换器热量损失的作用。(6)对比三种不同结构的遮热罩,为今后设计提供最佳方案。模拟得到转换器的温度分布图、内部辐射强度图和BASE管的轴线温度变化曲线图,计算出热量在各主要部件的分布量和辐射热损失。 结果表明:BASE管温度随冷端温度成比例变化,低压腔的温度主要受冷端温度影响。表面发射率对壁面温度影响不大,发射率的增大直接影响到辐射换热量,导致BASE管的辐射热损失增大。随着对流换热系数的增大,壁面的散热与BASE管的辐射热损失相当。在BASE管上方加入遮热罩后,BASE管的辐射换热减少,并大幅提高了BASE管的温度,同时发现在遮热罩的前后辐射强度得到了大幅削减。导热柱加入后,大部分热量由导热柱流向毛细蒸发器提高毛细芯的温度。BASE管轴向长度对BASE管及整个AMTEC内部温度和热量分布没有影响。当缩短高压腔高度时会提高BASE管和AMTEC的内部温度同时各部件吸热量增加,BASE管的辐射损失增大。三种不同结构遮热罩,圆柱圆台复合型遮挡热辐射的效果最佳,大幅减少了BASE管的辐射热损失。
碱金属热电转换器;辐射热损失;DO辐射模型;数值模拟
哈尔滨工程大学
硕士
动力机械及工程
周春良
2013
中文
U664.131
105
2014-04-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）