پیشنهاد و تحلیل ترمودینامیکی چرخه‌‌های ترکیبی جدید برایتون-رانکین خورشیدی جهت تولید توان در فضا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

چکیده

در فضا به دلیل دما و فشار خیلی پایین و شدت تابش خیلی زیاد، می‌توان به بازدهی نزدیک به بازده چرخه‌ی کارنو دست یافت. در این مطالعه چرخه‌های ترکیبی جدید برایتون بازگرمایشی-رانکین بازگرمایشی و برایتون بازگرمایشی با سرمایش میانی-رانکین بازگرمایشی، با سیال‌های عامل نیتروژن، هیدروژن و آرگون بررسی شده است. در چرخه‌های فضایی، مهمترین هدف داشتن وزن کمتر چرخه‌ها است تا هزینه‌ی انتقال تجهیزات کاهش یابد. در نتیجه نسبت توان چرخه به مساحت انتقال دهنده‌ی گرمای رادیاتور دارای اهمیت ویژه است. نتایج نشان می‌دهد بیشترین نسبت توان چرخه به مساحت رادیاتور برای چرخه‌ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی-رانکین بازگرمایشی بدون بازیاب 2 با سیال عامل نیتروژن با مقدار 912/0 می‌باشد. همچنین، بیشترین بازده‌های گرمایی و اگزرژی با مقدار تقریباً 89 درصد متعلق به چرخه‌ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی با سرمایش میانی-رانکین بازگرمایشی با سیال عامل هیدروژن می‌باشد. نتایج حاصل از مقایسه‌ی چرخه‌ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی-رانکین بازگرمایشی با چرخه‌ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی با سرمایش میانی-رانکین بازگرمایشی نشان می‌دهد که چرخه‌ی با سرمایش، دارای توان تولیدی و بازده‌های گرمایی و اگزرژی بالاتر، نابودی اگزرژی کمتر و نسبت توان چرخه به سطح رادیاتور پایین‌تر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Lior N., Power from space. Energy Conversion and Management, Vol. 42, No. 15, pp. 1769-1805, 2001.
[2]   Mankins J.C., Space solar power:amajor new energy option? Journal of Aerospace Engineering, Vol. 14, pp. 38-45, 2001.
[3]   Criswell D.R. and Thompson R.G., Data Envelopment Analysis of space and terrestrially-based large scale commercial power systems for earth: A prototype analysis of their relative economic advantages. Solar Energy, Vol. 56, No.1, pp. 119-131, 1996.
[4]   Gallo B.M. and El-Genk M.S., Brayton rotating units for space reactor power systems. Energy Conversion and Management, Vol. 50, No. 9, pp. 2210-2232, 2009.
[5]   Biondi A. and Toro C., Closed Brayton Cycles for Power Generation in Space: Modeling, simulation and exergy analysis. Energy, Vol. 181, pp. 793-802, 2019.
[6]   Wu Y.T., et al., Optimal analysis of a space solar dynamic power system. Solar Energy, Vol. 74, pp. 205-215, 2003.
[7]   Zhang W., et al., Preliminary design and thermal analysis of a liquid metal heat pipe radiator for TOPAZ-II power system. Annals of Nuclear Energy, Vol. 97, pp. 208-220, 2016.
[8]   Toro C. and Lior N., Analysis and comparison of solar-heat driven Stirling, Brayton and Rankine cycles for space power generation. Energy, Vol. 120, pp. 549-564, 2017.
[9]   Wang C., et al., Performance analysis of heat pipe radiator unit for space nuclear power reactor. Annals of Nuclear Energy, Vol. 103, pp. 74-84, 2017.
[10]              Agazzani A. and Massardo A., Advanced Solar Dynamic Space Power Systems, Part I: Efficiency and Surface Optimization. Journal of Solar Energy Engineering, Vol. 117, No. 4, pp. 265-273, 1995.
[11]              Agazzani A. and Massardo A., Advanced Solar Dynamic Space Power Systems, Part II: Detailed Design and Specific Parameters Optimization. Journal of Solar Energy Engineering, Vol. 117, No. 4, pp. 274-281, 1995.
[12]              Tarlecki J., Lior N. and Zhang N., Analysis of thermal cycles and working fluids for power generation in space. Energy Conversion and Management, Vol. 48, pp. 2864-2878, 2007.
[13]              Borgnakke C. and Sonntag R.E., Fundamentals of Thermodynamics, Wiley, 2017.
[14]              Mosaffa A.H., Ghaffarpour Z. and Garousi Farshi L., Thermoeconomic assessment of a novel integrated CHP system incorporating solar energy based biogas-steam reformer with methanol and hydrogen production. Solar Energy, Vol. 178, pp. 1-16, 2019.
[15]              Zare V., Mahmoudi S.M.S. and Yari M., On the exergoeconomic assessment of employing Kalina cycle for GT-MHR waste heat utilization. Energy Conversion and Management, Vol. 90, pp. 364-374, 2015.
[16]              Bergman T.L., Lavine A.S. and DeWitt D.P.U., Introduction to Heat Transfer, Wiley, 2011.