Разработка структуры математических моделей СЭС, страница 2

Рисунок 1 – Структурная схема двухконтурной термоэлектрической СЭС с солнечным концентратором

Анализируя схему на рис. 1 получаем следующую структурную схему (рис. 2), в состав которой входят: солнечный концентратор, коллектор с теплоносителем, нагреваемый солнечной энергией, батарея термоэлектрических преобразователей, устройство для съема и сброса тепла (холодильник–излучатель) и насосы теплоносителя.

Рисунок 2 – Структурная схема двухконтурной термоэлектрической СЭС с солнечным концентратором

2. Декомпозиция СЭС

На основе полученной структурной схемы СЭС произведем ее декомпозицию. Схема декомпозиции СЭС на агрегаты, узлы и элементы приведена на рис. 3.

Рисунок 3 – Схема декомпозиции термоэлектрической СЭС с солнечным концентратором на агрегаты, узлы и элементы

3. Структура функциональных связей агрегатов в СЭС

Используя структурную схему СЭС (рис. 2) и схему декомпозиции СЭС (рис. 3), сформируем структуру функциональных связей ее агрегатов (рис. 4). Для этого в структурной схеме выделим агрегаты и заменим структурные связи между ними на функциональные зависимости.

Рис. 4. – Структура функциональных связей агрегатов в СЭС.

4. Структура математической модели термоэлектрической СЭС

Запишем основные уравнения внешних связей системы, определяющие режим работы установки в общем виде:

                                                (4.1)

_об =  (h_α, h_π);                                                        (4.2)

                           (4.3)

                         (4.4)

                          (4.5)

Теперь рассмотрим агрегаты системы в отдельности.

Для источника тепла:

  (4.6)

                                 (4.7)

                                (4.8)

Для преобразователя:

;          (4.9)

            (4.10)

            (4.11)

            (4.12)

Для системы охлаждения:

          (4.13)

                           (4.14)

                     (4.15)

                       (4.16)

Для бортовой аппаратуры контроля:

                                (4.17)

                                 (4.18)

                                            (4.19)

                                            (4.20)

И для СЭС полностью:

                          (4.21)

;                          (4.22)

          (4.23)

5. Коэффициент полезного действия термоэлектрического преобразователя

Тепло, отводимое от коллектора:

,

(5.1)

где  - удельная теплоемкость теплоносителя,

 – температура теплоносителя на входе в коллектор,

 – температура теплоносителя на выходе из коллектора.

Удельная теплоемкость может быть выражена как функция средней температуры теплоносителя:

;

(5.2)

.

(5.3)

Тепло, отводимое от теплоносителя:

,

(5.4)

где  – коэффициент полной теплопроводности изоляции, коммутации и т. п. с горячей стороны коллектора;

 – тепловые утечки (тепло бесполезно передающееся от теплоносителя по конструктивным элементам, изоляции и т. п.):

,

(5.5)

где , а коэффициент пропорциональности определяется из расчетного режима.

Тепло, подведенное к горячим спаям термоэлектрического преобразователя:

,

(5.6)

Свойства термоэлементов могут быть выражены как функции средней температуры вещества , , , ;

 – число термоэлементов, соединенных последовательно.

Тепло, отведенное от ТЭП и подведенное к излучателю:

.

(5.7)

В космических условиях очень важна величина тепла, излучаемого холодильником. Излучаемое тепло можно записать в виде:

.

(5.8)

КПД термоэлектрического преобразователя можно вычислить используя выражение для цикла Карно:

.                                             (5.9)

Выводы

В результате выполнения домашнего задания была разработана структурная схема термоэлектрической СЭС с солнечным источником тепла, произведена ее декомпозиция на уровне агрегатов, узлов и элементов, разработана структура функциональных связей агрегатов: источника тепла, ТЭЛП, БАРК и системы охлаждения. Разработана структура математических моделей СЭС для определения массовых характеристик ТЭЛП СЭС.

Также были записаны уравнения для определения коэффициента полезного действия ТЭЛП.

Список использованной литературы

1.  1.  Солнечные энергосистемы космических аппаратов. Физическое и математическое моделирование /К.В. Безручко, Н.В. Белан, Д.Г. Белов, С.В. Губин, В.И. Драновский, В.С. Кривцов, И.Т. Перекопский, И.Б. Туркин – Харьков: ХАИ, 2000 – 515с.

2.  Бортовые энергосистемы космических аппаратов на основе солнечных и химических батарей. Часть 2. /Н.В. Белан, К.В. Безручко, В.Б. Елисеев, и др. Учебное пособие – Харьков: ХАИ, 1992 – 191 с.

3.  Расчет характеристик солнечных батарей на основе математических моделей. /К.В. Безручко. – Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. – Харьков: ХАИ, 1996 – 39 с.

4.  Автономные наземные энергетические установки на возобновляемых источниках энергии/К.В.Безручко, С.В.Губин. - Харьков, ХАИ, 2007г. – 310с.

5.  Системы управления КЛА. Часть 2. Бортовые энергосистемы на базе источников ядерной и солнечной энергии для систем управления КЛА. / Н.В. Белан, К.В. Безручко, Н.Ф  Свириденко. – Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию – Харьков: ХАИ, 1980 – 125 с.

6. Системы управления КЛА. Часть 3. Вопросы построения и сравнения энергосистем на базе различных источников и преобразователей. / Н.В. Белан, К.В. Безручко, Н.Ф  Свириденко. – Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию – Харьков: ХАИ, 1983 – 81 с.