碱金属热电转换器(AMTEC)的研究进展

简介AMTEC的工作原理和性能特点 ,重点综述了国内外AMTEC的研究状况 。

碱金属热电直接发电装置的热辐射损失

寄生热辐射损失,特别是BASE管外表面的热辐射是影响碱金属热电转换器(AMTEC)高效运行的主要因素之一。为了量化BASE管外表面的热辐射对碱金属热电转换器热电转换效率的影响程度,文章用一简化模型,计算了采用不同层数遮热屏的碱金属热电转换器中的BASE管外表面的净热辐射量。结果表明,恰当设计AMTEC装置的结构,并在BASE管外加数层遮热屏,可使BASE管外单位电极表面的净热辐射损失在其工作温度范围内控制在1W/cm2以下。

插管对基于AMTEC太阳能热发电的毛细芯蒸发器性能的影响

以碱金属钠为工质,通过建立轴对称恒温相变模型,对基于碱金属热电转换器(AMTEC)太阳能热发电的带插管毛细芯蒸发器性能进行数值模拟,分析插管的长度、管径和热阻等参数对毛细多孔芯及液体通道内压力、速度和温度分布的影响。结果表明:将插管插入蒸发器液体通道中,可改善毛细芯蒸发器的工作性能,不仅可使多孔吸液芯内表面温度更加均匀,而且可降低多孔吸液芯内表面的最高温度;不同工况具有不同的最适宜插管结构。

热管冷却空间反应堆系统启动特性研究

为研究热管冷却空间堆系统从冷态零功率到满功率的启动特性,以典型热管冷却空间反应堆电源系统SAIRS为对象,开发了热管冷却空间反应堆系统瞬态程序TAPIRS。该程序的模型主要包括中子动力学模型、堆芯传热模型、热管模型、碱金属热电转换装置(AMTEC)能量转换模型和散热板模型。将TAPIRS程序各模块和系统稳态计算结果与参考文献计算值比较分析,验证了本文模型和求解方法的合理性。启动特性研究表明,通过控制控制鼓的转动速率,可实现反应堆从次临界到满功率、热管和AMTEC从固态到正常运行状态的启动过程。热管冷却空间堆依靠核热启动具有可行性,热管最高温度不超过1 250K,满功率参数与相关文献的最大相对误差不超过6%。

热电直接转换技术的最新进展

本文列举迄今为止比较成熟的五种热电直接转换技术的原理及发展现状，并且重点介绍了近来在国外研究很热门的碱金属热电直接转换技术（ＡＭＴＥＣ）。

工质及材料对基于AMTEC多孔芯蒸发器性能的影响

以基于AMTEC的碟式太阳能热发电系统的毛细抽吸两相回路多孔芯蒸发器为对象,建立轴对称恒温相变模型,研究了分别以钠、钾、钠钾合金为工质时的毛细多孔芯及液体通道内压力、速度和温度分布,以及多孔芯材料分别为高温陶瓷、不锈钢、镍时的蒸发器内热质传输特性。结果表明,以钠钾合金为工质的多孔芯内表面温度要明显低于钠和钾;以高温陶瓷为多孔芯材料时,多孔芯内表面温度最低,使用镍为多孔芯材料时,内表面温度最高。

圆锥角对汽阳极AMTEC圆锥形蒸发器性能影响分析

为分析汽阳极碱金属热电转换装置(AMTEC)中圆锥角对蒸发器性能影响,建立了汽阳极AMTEC回流芯和圆锥形蒸发器稳态二维热工水力模型,研究了不同运行条件下不同圆锥角对蒸发器表面温度分布、空隙率和毛细极限等参数的影响。结果表明,圆锥形蒸发器较平板形蒸发器具有更大的蒸发面积和更高的表面蒸汽压力。当冷、热端温度分别为623 K和1123 K,电流为2.5 A时,15°圆锥角蒸发器表面蒸汽压力为35.29 kPa,比平板形蒸发器高1.62 kPa,但深圆锥形蒸发器较浅圆锥形蒸发器具有更大的毛细极限区,且在蒸发器表面中心处更易发生大面积冷凝;电流范围为1~2 A时,15°圆锥角蒸发器表面冷凝面积达7%~18%。因此在汽阳极AMTEC中推荐使用浅圆锥形蒸发器。

热管冷却空间反应堆事故特性研究

以典型热管冷却空间反应堆(SAIRS)为对象,针对其各个模块进行建模,研制了基于SAIRS的系统瞬态计算程序(TAPIRS),并用该程序分析了反应堆的3种典型瞬态工况。计算结果表明:在控制鼓故障引入极大反应性、碱金属热电转换装置(AMTEC)部分失效和散热板丧失部分散热面积事故工况下,燃料温度控制在安全限值以内,验证了反应堆系统在事故工况下具有应对单一故障和自稳自调的能力。