闭式布雷登循环空间太阳能热动力电源的仿真研究

【摘要】： 1968年由美国工程师Peter Glaser提出了空间太阳能发电(Space Solar Power, SSP)的概念，经过几十年的发展，已取得了很大的成果。我国近年来在这项技术上也有较大的发展和突破，但由于起步较晚，很多关键性技术还不够成熟，导致了空间太阳能发电与地面发电装置相比初始成本偏高，不利于实际的生产需要。因而研究系统动态特性以降低初始投资和运行费用，同时提高系统稳定性已成为当前我国发展空间太阳能发电的首要课题。 本文以一套空间动力电源为研究对象，采用模块化建模的方法，建立了系统各部件的动态数学模型和相应的仿真模型，并在此模型上完成了多个仿真试验，得到了较为合理的结果，对其做出了相应的分析。本文的主要工作和结论如下： 在我国自行研制的10kW空间热动力电源系统设计方案的几何参数和热力学参数的基础上，建立了包括吸热器、辐射器、管式回热器、单级压气机在内的系统动态数学模型，并应用ACSL语言编制了相应的仿真程序。分析了稳态参数，完成了：吸热器热负荷扰动试验、吸热器及回热器换热系数变化试验、工质泄漏试验、辐射器热管损坏试验等多个仿真实验。计算结果表明： 1)与设计值相比，主要参数的稳态误差不大于5%，动态特性的趋势与理论分析结果较吻合。 2)工质气体采用干空气来代替实际使用的惰性气体，其效果相当，所产生系统的误差也在允许的范围内。 3)经过选型的单级压气机可以满足设计方案中对压比的要求，其稳态参数也符合设计值；同时，若采用与吸热器类似的套管式回热器，则只需要根据实际情况修正套管及工质流道的几何参数就可以达到设计要求。 4)调整个别设备参数后的系统在各种扰动试验下的输出结果正确地反映了系统各个设备的动态特性。 本文较完整和准确地完成了10kW太阳能热动力电源系统的仿真工作，其仿真试验结果有助于设备选型和工质选择。 【关键词】：空间太阳能 热动力电源 布雷登循环 仿真 模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TM61
【目录】：

• 目录6-4
• 中文摘要4-5
• Abstract 5-8
• 1 文献综述及课题背景8-23
• 1．1 课题历史背景8-13
• 1．2 国内外空间太阳能电站的相关技术进展13-19
• 1．2．1 系统方案研究进展13-14
• 1．2．2 无线电能传输技术WPT14-15
• 1．2．3 太阳能转换技术15-16
• 1．2．4 空间运输16-17
• 1．2．5 空间基础结构与装配技术17-19
• 1．3 空间太阳能电站研究工作面临的困难和发展机遇19-21
• 1．3．1 研究工作面临的困难19-20
• 1．3．2 空间太阳能电站面临的机遇20-21
• 1．4 我国空间电站的构想与发展途径21-23
• 2 10kWe空间太阳能热动力电源方案23-41
• 2．1 系统基本参数的确定23-27
• 2．2 发展空间太阳能热动力电源的技术途径27-30
• 2．2．1 系统与控制27-28
• 2．2．2 集热子系统28-29
• 2．2．3 能量转换装置29
• 2．2．4 辐射器29-30
• 2．3 系统工作原理30-32
• 2．4 系统的主要部件32-41
• 2．4．1 聚能器32
• 2．4．2 吸热器32-34
• 2．4．3 辐射器34-35
• 2．4．4 能量转换装置35-41
• 3 模型的建立41-51
• 3．1 建模基本方程41-42
• 3．2 建模的总体设想42-51
• 3．2．1 吸热器部分42-44
• 3．2．2 辐射器部分44-45
• 3．2．3 回热器部分45-47
• 3．2．4 压气机部分47-48
• 3．2．5 透平部分48-51
• 4 模型对象的计算机模块化实现51-57
• 4．1 编程语言ACSL简介51-53
• 4．2 MACRO语言的特性53-54
• 4．3 算法的选择54-55
• 4．4 模块的封装55-57
• 4．4．1 吸热器模块宏55
• 4．4．2 透平模块宏55-56
• 4．4．3 回热器模块宏56
• 4．4．4 辐射器模块宏56
• 4．4．5 压气机模块宏56-57
• 5 仿真结果及试验57-65
• 5．1 模型的稳态计算及验证57-58
• 5．2 模型仿真试验58-65
• 5．2．1 吸热器热负荷扰动试验58-61
• 5．2．2 改变换热系数61-62
• 5．2．3 工质泄漏试验62-63
• 5．2．4 辐射器热管损坏试验63-65
• 6 结论65-66
• 6．1 完成的主要工作和结论65
• 6．2 课题展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-68

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