AMTEC多級毛細(xì)泵數(shù)值模擬研究

發(fā)布時(shí)間：2020-07-24 11:26

【摘要】： 堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換(Alkali Metal Thermal to Electric Converter- AMTEC)是一種新型的熱電直接轉(zhuǎn)換技術(shù)。具有熱電轉(zhuǎn)換效率高、無運(yùn)動(dòng)部件、低維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。毛細(xì)泵是AMTEC的關(guān)鍵部件之一,它起著接收能量、傳遞熱量、組織工質(zhì)蒸發(fā)、提供工質(zhì)循環(huán)動(dòng)力的作用。本文將對不同條件下的AMTEC多級毛細(xì)泵進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文在達(dá)西方程基礎(chǔ)上建立了一個(gè)二維的、軸對稱模型。利用該模型對AMTEC多級毛細(xì)泵內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)、傳熱和蒸發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中,通過添加源相的方法解決了相變過程中質(zhì)量、動(dòng)量和能量的傳遞。同時(shí),采用相位場方法對相變界面進(jìn)行了捕捉。不僅分析了潤濕角對數(shù)值模擬結(jié)果的影響,還研究了熱流密度、進(jìn)口溫度、毛細(xì)泵材料和毛細(xì)孔徑等因素分別對毛細(xì)泵的相變界面位置、溫度分布、壓力階躍和質(zhì)量流量的影響。模擬結(jié)果表明,隨著熱流密度的增加,汽液相變界面有向毛細(xì)泵內(nèi)部侵入的趨勢,質(zhì)量流量也相應(yīng)的提高。但是熱流密度有一定的極限值,超過這個(gè)極限值,相變界面會(huì)侵入到輸運(yùn)段部分引起毛細(xì)泵整體的失效;隨著進(jìn)口溫度的增加,相變界面也有向毛細(xì)泵內(nèi)部侵入的趨勢,質(zhì)量流量有小量的增加。為避免了系統(tǒng)大的波動(dòng),可以通過只調(diào)節(jié)進(jìn)口溫度來調(diào)節(jié)AMTEC內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流量;文中對鉬制、鎳制和鈦制的三種不同材質(zhì)的毛細(xì)泵進(jìn)行了模擬分析,發(fā)現(xiàn)材質(zhì)的選擇對相變界面位置影響較小,但會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)泵通流能力的變化;另外,與單級毛細(xì)泵相比,多級毛細(xì)泵具有較高的輸送工質(zhì)能力。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH38
【圖文】：

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圖 2.1 液陽極 AMTEC 工作原理示意圖的陰極區(qū)域即 BASE 管與多孔電極薄膜交界區(qū)2 2 2e(T , ) Na (T , BASE ) Na (T , +多孔薄膜 + 中汽態(tài)一開始還原反應(yīng)占優(yōu)勢。于是，整體上表現(xiàn)為多孔電極表面的電子復(fù)合成鈉原子并附著在多熱蒸發(fā)成為鈉蒸汽。由于鈉離子通過多孔電極ASE 電場。同樣該電場對于鈉離子還原反應(yīng)起理可知還原反應(yīng)與氧化反應(yīng)達(dá)到平衡，這樣在3固體電解質(zhì)與多孔薄膜界面兩側(cè)一定范圍內(nèi)電層。的結(jié)構(gòu)，在液態(tài)鈉/BASE 區(qū)域，高溫液態(tài)鈉一子層結(jié)構(gòu)緊密，在 BASE 管一側(cè)，由于 BASE只能占據(jù)點(diǎn)缺陷位置，故結(jié)構(gòu)為散層結(jié)構(gòu)；在

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圖 2.2 液陽極 AMTEC 循環(huán) p-v 圖圖 2.3 液陽極 AMTEC 循環(huán) T-s 圖圖 2.4 汽陽極 AMTEC 原理圖另外，AMTEC 還有另外一種工作方式，即汽陽極（Vapor-feed）AMTEC，如圖 2.4 所示。液陽極和汽陽極兩種方式的最主要區(qū)別在于汽態(tài)陽 AMTEC中 BASE 管兩側(cè)均為鈉蒸汽，BASE 的陽極側(cè)和陰極側(cè)都需鍍電極多孔薄膜。電流從電極多孔薄膜引出，制造工藝較復(fù)雜，但電池間的絕緣比較容易；以

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