AMTEC热损失数值模拟研究

论文摘要

碱金属热电直接转换（Alkali Metal Thermal to Electric Converter-AMTEC）技术是种新型热电直接转换技术。正在从实验室研究走向实用化应用,因其具有高效、稳定、无噪声和无震动等工作特性,越来越多的国家开始对其研究。如何提高其实际热电转换效率更接近理论效率是AMTEC关键技术难点之一,而热辐射损失是影响AMTEC效率的主要因素之一。本文从辐射换热数值的计算角度研究不同材料和不同遮热罩安装角对减小AMTEC辐射换热进行研究。本文在合理简化的基础上建立了不同遮热罩安装角的AMTEC三维模型,并对AMTEC内部及其与环境辐射换热采用DO模型进行了数值模拟。工作内容主要有：（1）理论分析了影响AMTEC效率的因素；（2）采用数值模拟的方法计算了不同遮热罩安装角对AMTEC辐射换热的影响；得到了不同角度下的温度场、辐射场以及壳体外壁和BASE外壁的温度曲线图；（3）在相同发射率情况下,壳壁和遮热罩材料分别为不锈钢、钼和镍时对辐射换热的影响进行了计算分析；（4）在不同发射率和不同BASE对AMTEC辐射换热的影响进行了讨论。结果表明,在分析AMTEC热量交换时必须考虑其内部的辐射热量交换；当遮热罩安装角在30。时,辐射热损失最小,能够使更多的辐射能返回到BASE外表面,从而提高转换器的热电转换效率；当选用钼作为转换器的壳体和遮热罩材料时,能有效的降低通过壳体和低温端的热辐射损失,提高BASE表面的温度；当遮热罩和壳体内壁发射率越低时,其更能降低热辐射损失,也同时说明,随着AMTEC设备的运行其壳体内表面和遮热罩表面会在高温下与碱金属蒸汽以及杂质气体发生物理化学反应导致其表面粗糙度增大而使其发射率变大,防辐射热损失的效果会减弱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外发展及研究现状
• 1.2.1 AMTEC发展及研究现状
• 1.2.2 AMTEC辐射热损失研究和发展现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 AMTEC基本理论
• 2.1 AMTEC简介
• 2.2 AMTEC工作原理
• 2.2.1 液阳极AMTEC热力学循环分析
• 2.2.2 气阳极AMTEC热力学循环分析
• 2.3 AMTEC组成结构
• 2.4 AMTEC特点分析
• 2.5 AMTEC效率与热损分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 AMTEC热性能计算方法
• 3.1 物理模型
• 3.2 数学理论
• 3.2.1 辐射换热的基础理论
• 3.2.2 辐射换热基本定理
• 3.2.3 辐射换热控制方程
• 3.3 DO辐射模型
• 3.4 CFD基本原理
• 3.5 本章小结
• 第4章 计算结果及分析
• 4.1 AMTEC几何模型与边界条件
• 4.1.1 AMTEC几何模型与网格
• 4.1.2 边界条件
• 4.2 不考虑辐射与考虑辐射对AMTEC热损的影响分析
• 4.3 不同遮热罩安装角对AMTEC辐射换热的影响分析
• 4.4 不同壳体与遮热罩材料对AMTEC辐射换热的影响分析
• 4.5 不同BASE数量对AMTEC辐射换热的影响分析
• 4.6 不同粗糙度对AMTEC辐射换热的影响分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢