基于TEC的空间站末端回路温控系统建模及其热力学性能分析

针对空间站中间回路温度波动过大,高温时导致科学载荷工作温度超出允许范围的问题,设计了一种基于热电制冷器(TEC)的末端单向流体回路温控系统。该系统包含一个TEC温控模块,当中间回路温度过高,末端回路冷却功率不足时,该模块可提供额外的制冷量,降低流入冷板的工质温度,形成针对科学载荷的相对低温区域,恢复回路的冷却能力。分别建立了温控系统数学模型与数值仿真模型,并完成了热负载扰动、中间回路温度扰动、末端回路流量扰动和并联支路热扰动等4种扰动对系统热力学特性影响的仿真分析,验证了TEC模块的温控性能。结果表明:在科学载荷发热功率增加30%、中间回路的温度升高5K、末端回路流量减小至0.0015kg/s等多种工况下,所设计的温控系统能够将载荷温度控制在1K以内,实现科学载荷精确温控。      

深空探测中的钚-238同位素电源

钚-238同位素电源(钚-238 RTG)能够在恶劣环境下长时间自持运行,供电的同时还能提供热能,是深空探测任务的理想能源。首先对温差型钚-238 RTG发电原理和基本结构进行了阐述,介绍了国内外钚-238 RTG应用历史和发展趋势,进而梳理出了钚-238 RTG研制关键技术,然后结合国外钚-238 RTG研制技术状况及未来深空探测需求,对上述关键技术进行了分析和讨论,从而可为我国钚-238 RTG技术发展及其工程应用提供参考。     

布雷顿循环和半导体温差联合发电技术在飞行器上的应用

文章针对飞行器燃烧室高温壁面提出了初步的闭式布雷顿循环和半导体温差联合发电方案。首先,建立了简化的理论计算模型,开展了温度场计算分析;然后,根据布雷顿循环发电系统的关键节点温度和半导体温差电材料冷热端温差计算结果,给出联合发电系统的整体发电量和基本性能参数。研究结果为布雷顿循环和半导体温差联合发电系统在飞行器上的应用提供了指导和借鉴。     

碲化铋基温差发电模块输出功率优化试验研究

同位素温差发电器在深空探测活动中具有广泛的应用背景。为优选温差发电模块构型、提高输出功率,制备了具有不同热电元件厚度的碲化铋基温差发电模块;并通过建立的试验测试系统,测量了不同温差条件下发电模块的输出功率和匹配负载随热电元件厚度的变化。试验结果表明,在所研究的热电元件厚度范围内,随着热电元件厚度的减小,模块的输出功率呈线性增大趋势,而匹配负载则呈线性减小趋势。在热源温度478 K、热沉温度300 K的条件下,测得热电元件厚度为1.0 mm的模块的最大输出功率达到约8.2 W,最大功率面积比约为0.52 W·cm-2。     

温差发电模块面积比功率实验优化研究

同位素温差发电器是目前深空探测航天器广泛采用的电源装置。为优选温差发电模块构型、提高模块的输出功率和面积比功率,制备了具有不同热电元件截面积的碲化铋基温差发电模块。通过建立的实验测试系统,测量了多种温差条件下发电模块的输出功率随负载的变化。实验结果表明:当模块包含的热电元件(p–n结)对数一定时,热电元件的截面积越大、模块占空比越高,则模块输出功率越高、匹配负载越小;在热源温度450 K、热沉温度300 K的条件下,测得热电元件截面积为1.6 mm×1.6 mm、占空比为0.406的发电模块的最大面积比功率约为0.282 W·cm~(-2)。最后,对理想与实际情况下,占空比为1时的模块面积比功率进行了分析。     

热电偶测温过程中温度跳跃问题的分析及处理

通过对热电偶在测量温度中出现的温度跳跃问题进行分析,对其可能产生故障的原因逐一排查并提出解决方案,重点分析了热电偶在串入附加地电势后导致温度跳跃的原因。本文的研究对于在使用热电偶进行实际工程测量时具有一定指导作用,并对该问题的理论研究具有一定借鉴意义。     

飞行器热防护与利用一体化系统实验与模拟

通过设计一种基于主动冷却的点阵桁架结构,在降低飞行器质量的同时,实现有效的热防护效果,并在该结构中加入半导体温差发电装置,将产生的气动热转化为电能,可用于飞行器小型用电设备供电.对该热防护与利用一体化系统进行了实验研究.在不同工况下,温差发电功率远大于主动冷却系统的泵功消耗,可实现主动冷却系统的自驱动.通过添加管内表面...     

核反应堆空间应用研究

对美国、俄罗斯等国家的核反应堆空间应用进行了研究。其中包括:美国最早研究的SNAP-8系列,可提供多种组合输出的SP-100布雷顿能量系统,应用于火星表面的核反应堆MSR系统等;俄罗斯和日本在月球表面或火星表面应用的核反应堆。重点对空间核反应堆的堆型、堆芯冷却方式、热电转换方式、废热排放方式、辐射屏蔽模式等进行比对分析。结合月球基地能源系统的应用背景,对实现核反应堆空间应用需要解决的关键技术进行了分析,如发射安全技术、无人自主管理技术、空间低重力环境适应性及辐射防护技术等,可为我国未来空间探测任务的能源系统研究提供借鉴和参考。     

柔性热电薄膜器件的研究进展

针对柔性热电薄膜器件的最新研究进展,从柔性基底、热电材料、薄膜沉积工艺、过渡层的引入和器件设计等几个方面归纳总结了在热电器件制作过程中材料和工艺选择方面应注意的问题。对各类柔性热电薄膜器件的性能对比分析表明:目前性能最佳的柔性器件采用的材料是(Bi,Sb)2Te3类合金,其单个热电偶对在1K的温差下可输出0.1~0.3mV的电压;在内阻足够低的条件下,单个热电偶对在1K温差下的输出电压与热电材料的Seebeck系数相等;增加热电薄膜的厚度能够有效地降低热电偶对的内阻,进而提高器件的输出电压。     

Thermoelectric Properties of Mg2Si1-xSnx Synthesized by Bulk Mechanical Alloying

Bulk mechanical alloying （BMA） has been successfully applied to solid-state synthesis of p-type and n-type thermoelectric materials Mg2Si1-xSnx （x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1） from element-powders at the room temperature in a relatively short time. The electrical conductivity, the Seebeck coefficient and the thermal conductivity of the Mg2Si1-xSnx are quite sensitive to the x-content. With the x-content rising, the electrical conductivity increases. When x = 0.6, it reaches the lowest and Mg2Si shows an n-type of semi-conducting However, when x = 0.2 and T 〉525 K, the Seebeck coefficient of the samples will change the opposite way. While x≥0.4, the samples present a p-type of semi-conducting. The figure of merit, Z of Mg2Si1-xSnx will be obtained in the range from 300 K to 700 K. When x = 0.6, Z proves to be higher than that of other samples at 300 K≤ T≤650 K.