氦/氙混合比例对布雷顿循环系统动态特性的影响分析

摘要

针对空间气冷堆耦合氦氙布雷顿循环系统运行过程中，因工质泄漏或充气不均匀引发的工质混合比例偏离设计值，进而影响系统的安全性以及稳定性的问题，基于Simulink平台，搭建了涵盖气冷堆堆芯、透平、压缩机、回热器、冷却器以及散热器的空间气冷堆耦合氦氙布雷顿循环系统动态模型，通过设定不同的氦气与氙气混合工质的摩尔质量(50±5) g/mol,模拟了外部反应性阶跃扰动下循环系统关键参数的动态响应特性。结果表明：当工质摩尔质量偏离至45 g/mol时，系统循环效率下降1.4%,堆内平均对流换热系数提高12.9%,面临反应性阶跃，系统的响应时间相较于设计混合比下缩短6.8%;而工质摩尔质量偏离至55 g/mol时，循环效率上升了0.78%,堆内平均对流换热系数下降16.8%,系统的响应时间延长了4.9%。研究结果可为空间核动力系统的安全运行以及控制策略提供参考。

关键词

空间气冷堆 / 布雷顿循环 / 动态特性

基金资助

中核集团领创科研资助项目