在不考虑太阳能收集器的影响下,这种STP系统的工质所能达到的最高温度主要取决于真空腔材料的最高温限以及它的导热性能。目前,铼是继钨和碳之后第三难熔材料,而且具有其它的优点,被视为一种理想材料。若可直接使用碳,当工质为氢时,需要一层保护涂层以免碳和氢发生反应。
(a)分子P粒子式(如所示<14>)因为工作工质是透明的气体,所以必须采用传热载体分子或粒子团来实现热量的有效传递。通常采用具有很宽的吸收太阳能光谱带的碱金属蒸汽(如钠、钾、铯蒸汽粒子)与工作工质混合来实现热传递。
在热能的转换过程中只有传热载体,没有转换太阳能的中间材料,所以也就不再有材料使用温度限制的问题。因此工质可以达到很高的工作温度。此外,恰当的应用辐射能收集技术还可以使燃烧室中心温度提高,而靠近壁面温度则相对较低。
(b)旋转粒子床式旋转粒子床型太阳能热推进器电加热反应釜的推力室是由多孔材料制成的可旋转的圆筒形腔体,由太阳能聚光器聚集的太阳辐射通过透明固体窗(多为石英或碱金属氟化物制成)投射进推力室,被附着于腔内壁的石墨微粒吸收。推进器工作时推力室旋转,石墨微粒靠离心力紧紧依附于腔壁上,当工质通过时迅速吸收石墨的热量而升温,再经喷管排出。
对于高速旋转的粒子床来说,换热性能的好坏不仅取决于传热载体的特性,还与推力室旋转速度有关。因此用什么方法来驱动推力室高速转动成为一个重要问题。此外,旋转粒子床式推进器的吸热P推力室工作时由于高速旋转所产生巨大的离心力以及掺混物相当高的温度对轴承、推力室多孔材料、密封材料及透明固体床来讲都是十分严峻的考验。在性能设计中还要考虑透明固体窗引发的再辐射、红外辐射等问题。在对热力性能进行计算时,建立掺混物的流体力学模型,对微粒间的热交换进行准确的数学描述也十分困难。
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