Магнитная система теплоэнергетической установки на постоянных магнитах

• Автор: Габриелян, Давид Александрович
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор научно-технической информации по магнитотепловым энергоустановкам. Постановка задачи исследования.

1.1. Магнитная холодильная машина

1.2. Термомагнитный генератор

1.3. Магнитотепловой двигатель

1.4. Магнитные системы магнитотепловых энергоустановок

1.5. Постановка задачи

Глава 2. Математическое моделирование магнитостатики и нестационарного теплообмена в магнитотепловом двигателе

2.1. Решение задач магнитостатики

2.1.1. Тестовые задачи №1 и №
2.1.2 Тестовая задача №3. Расчетная модель и измерительный стенд
2.2. Решение задач теплообмена между активными рабочими элементами и теплоносителем
2.2.1 .Аналитическое решение процесса теплообмена
2.2.2. Численное моделирование теплообмена
2.2.3. Результаты расчета теплообмена
2.3. Выводы по главе
Глава 3. Разработка магнитной системы для магнитотепловых
устройств
3.1. Способы реализации необходимого распределения магнитной поля
в системах
3.2. Система с однородным распределением магнитного поля
3.3. Система с различными направлениями векторов намагниченности
постоянных магнитов
3.4 Системы с неоднородным распределением магнитного поля
3.4.1 Использование различных магнитотвердых материалов

3.4.2 Изменение геометрических параметров постоянных магнитов
3.4.3 Использование магнитных экранов и наконечников
3.4.4 Комбинация способов реализации необходимого распределения
магнитного поля в межполюсном зазоре системы
3.5. Выводы по Главе
Глава 4. Экспериментальное исследование крутящего момента, созданного магнитной системой
4.1. Экспериментальная установка
4.2. Описание измерительных приборов
4.3. Оценка погрешности результатов экспериментов
4.4. Модель магнитной системы и размеры активных рабочих
элементов
4.5. Аналитический расчет механической мощности магнитотеплового двигателя
4.6. Экспериментальное исследование мощности лабораторной модели магнитотеплового двигателя и силы притяжения магнитной системы
4.7. Сравнение результатов расчета силы магнитной системы с экспериментальными данными
4.8. Сравнение характеристик магнитотеплового двигателя, термоэлектрического генератора и трехкаскадного фотоэлемента
4.9. Перспективы применения магнитотеплового двигателя
4.10. Выводы по главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы
Создание космической станции во многом зависит от ее системы электроснабжения, которая существенно влияет на общую массу станции, надежность, управление и стоимость. Большие размеры, множество потребителей, обеспечение возможности дальнейшего совершенствования такой станции выдвигают ряд требований к энергоснабжению космических систем, среди которых способность

адаптироваться к постоянно меняющимся нагрузкам, что делает ее аналогичной автономной наземной энергетической установке.
Проблеме создания космических систем электроснабжения посвящено много работ [1, 2], в которых рассматриваются различные источники электрической энергии, преобразователи и распределители электроэнергии. Это - фотоэлектронные преобразователи солнечной энергии - кремниевые элементы (8x8 см) с электрохимическим накоплением энергии (никель-кадмиевые и никель-водородные батареи) [2]; источники, построенные на преобразовании солнечной энергии в тепловую с термическим накоплением энергии путем генерации кислорода и водорода в процессе электролиза воды; атомные энергетические установки [2]. Однако они имеют ряд недостатков. Так, фотоэлектронные преобразователи имеют низкий КПД, а метод накопления электрической энергии имеет низкую эффективность и надежность. Для атомных станций необходим массивный экран для защиты от радиации.
Вместе с тем перспектива индустриального освоения космического пространства в мирных целях предусматривает проведение комплексных фундаментальных научных исследований в космосе, дальнейшее совершенствование и широкое применение в народном хозяйстве спутниковых информационных систем, развитие космической технологии, материаловедения и машиностроения, создание крупных орбитальных пилотируемых и промышленных комплексов. В более отдаленной перспективе предполагается развернуть на околоземных орбитах

МХМ (рисунок 15, б.). Размеры магнита 48x10x55 мм, среднее значение магнитного поля в МПЗ 0,97 Тл при остаточной намагниченности магнита в 1,27 Тл.
На приведенных ниже рисунках (рисунок 15, а,б; рисунок 16, а; рисунок 17; рисунок 19,а) черным цветом обозначены магнитопроводы, темно-серым - магнитные наконечники, они оба из магнитомягких материалов; светло-серым цветом - постоянные магниты. Стрелки обозначают вектор суммарный намагниченности магнитотвердого материала.
Сложные, сборные магнитные системы представляет работа С. Vasile и С. Muller [57] (рисунок 16, а) а так же, C.B. Zimm (рисунок 16, б), T. Okamura (рисунок 16, в) и A. Kitanovski [20] (рисунок 16, г).
Система на рисунке 16,а состоит из шести прямоугольных магнитов и представляет собой С-образную конструкцию, в центре которой располагается межпо-люсной зазор. Магниты расположены внутри магнитопровода и МПЗ усилен за счет помещения магнитного наконечника внутри системы. Направление намагниченности магнитов чередуется, как показано на рисунке 16,а. Такую сборку можно также отнести к системам, основанным на структуре Халбаха, более детально эта группа представлена ниже. Магнитная индукция в зазоре достигает по двумерному расчету 1,9 Тл, что может не совпадать с экспериментальными данными.
а) б)
Рисунок 15 - Примеры систем из одного постоянного магнита