Численное моделирование преобразования тепловой энергии в космической энергоустановке с МГД-генератором, использующим явление "замороженной ионизации"

• Автор: Миловидова, Татьяна Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 127 с.

1 Обзор исследований по космическим энергоустановкам

и МГД-методам преобразования энергии

1.1 Обзор литературы по космическим энергоустановкам

1.2 Обзор литературы по МГД-генераторам

1.3 Обзор исследований двумерной структуры

неоднородных газоплазменных течений

2 Термодинамический анализ цикла МГД энергоустановки

и оценка масс составляющих агрегатов

2.1 Определение параметров энергоустановки

2.2. Оценка масс составляющих агрегатов

2.2.1 Параболическое зеркало

2.2.2 Приемник излучения
2.2.3 МГД-генератор
2.2.4 Рекуперативный теплообменник
2.2.5 Радиационные панели
2.2.6 Компрессорная группа
2.3 Термодинамический анализ цикла Брайтона
3 Моделирование процессов в канале МГД-генератора, использующего неоднородные газоплазменные
потоки инертного газа
3.1 Физическая постановка задачи
3.2 Математическая постановка задачи
3.2.1 Постановка одномерной задачи

3.2.2 Постановка двумерной задачи
3.3 Модель ионизационно-рекомбинационной кинетики
3.4 Численная методика решения одномерной системы
уравнений магнитной газодинамики
3.5 Численная методика решения двумерной системы уравнений
3.5.1 Система уравнений магнитной газодинамики
3.5.2 Решение уравнения переноса электронной плотности
и турбулентной вязкости
3.6 Тестовые задачи
4 Анализ результатов математического моделирования
4.1 Результаты одномерного моделирования
4.2. Результаты двумерного моделирования
Заключение
Библиографический список
Устойчивое развитие цивилизации в XXI веке будет определяться с одной стороны резким ростом потребления всех видов энергетических ресурсов, а с другой стороны сокращением запасов относительно легкодоступного энергетического сырья. Эти процессы будут также осложняться экологическими проблемами, с неизбежностью возникающими при интенсивном использовании углеводородного топлива. Загрязнение атмосферы оксидами углерода, серы, азота, угроза глобального потепления - вот далеко не полный перечень негативных последствий работы многочисленных наземных электростанций.
На сегодняшний день общемировой уровень энергопотребления на душу населения составляет 1.1 т у.т. в год, причем на долю развитых стран приходится 3.0 т у.т. в год, а на долю развивающихся - всего 0.5 т у.т. в год /1/. Таким образом, основные проблемы связаны с деятельностью передовых стран, в которых сосредоточено не более 17 % населения Земли. Поскольку развивающиеся страны стараются по уровню энергоиспользования достичь развитых стран, негативные тенденции будут неуклонно нарастать. Стремление некоторых стран избавиться от пагубного влияния собственной промышленности, вынося ее за пределы своей территории, уже не в состоянии разрешить эту глобальную проблему.
Таким образом, можно утверждать, что современная цивилизация не должна развиваться традиционным путем, который характеризуется нерациональным использованием природных ресурсов и прогрессирующим негативным воздействием сложившихся технологий на окружающую среду.
Одним из подходов к решению экологических проблем, а также возможностью преодоления назревающего энергетического кризиса может стать выработка электроэнергии на космических электростанциях с последующей передачей наземным потребителям с помощью направленного коротковолнового электромагнитного излучения, которое в наземном принимающем уст-

Рост температуры радиационных панелей «охладителя» уменьшает их площадь, а, следовательно, и их массу. Вместе с тем с ростом температуры «охладителя» снижается термический КПД, т. е. уменьшается электрическая мощность, генерируемая установкой. Цель термодинамического расчета -определение оптимального значения температуры Г4, которое обеспечивает максимальное значение удельной мощности.
Рисунок 2.4 - Диаграмма цикла
При анализе термодинамического цикла в качестве параметра варьирования использовалось значение Г4 (минимальная температура в цикле). Рабочее тело - неон, взятый при температуре Т = 2000 К, и давлении Pi = 10 атм, (Т - максимальная температура цикла), показатели адиабатической эффективности компрессора rjsc = 90 %. Потери на трение в трактах высокого и низкого давлений принимались равными 1.3 атм и 0.5 атм соответственно.
Ниже приводится таблица с результатами расчета мощностей отдельных агрегатов энергоустановки и оценка их удельной массы (отношения массы агрегата к электрической мощности установки) в оптимальном режиме.