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温差同位素电源数字仿真与模拟试验研究

黄学良 李满仓 陈长 张新虎 周代杰 陈志禹 谢运利 郭锐 王雨

黄学良, 李满仓, 陈长, 张新虎, 周代杰, 陈志禹, 谢运利, 郭锐, 王雨. 温差同位素电源数字仿真与模拟试验研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 262-266. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0262
引用本文: 黄学良, 李满仓, 陈长, 张新虎, 周代杰, 陈志禹, 谢运利, 郭锐, 王雨. 温差同位素电源数字仿真与模拟试验研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 262-266. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0262
Huang Xueliang, Li Mancang, Chen Zhang, Zhang Xinhu, Zhou Daijie, Chen Zhiyu, Xie Yunli, Guo Rui, Wang Yu. Numerical Simulation and Experiment Research on Radioisotope Thermoelectric Generator[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 262-266. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0262
Citation: Huang Xueliang, Li Mancang, Chen Zhang, Zhang Xinhu, Zhou Daijie, Chen Zhiyu, Xie Yunli, Guo Rui, Wang Yu. Numerical Simulation and Experiment Research on Radioisotope Thermoelectric Generator[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 262-266. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0262

温差同位素电源数字仿真与模拟试验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0262
基金项目: 四川省自然科学基金资助(2022NSFSC1201)
详细信息
    作者简介:

    黄学良(1994 —),男,工程师,现主要从事反应堆物理、核技术应用研究,E-mail: 760946964@qq.com

    通讯作者:

    李满仓,E-mail: limancang03@126.com

  • 中图分类号: TM913

Numerical Simulation and Experiment Research on Radioisotope Thermoelectric Generator

  • 摘要: 温差同位素电源是一种将放射性同位素衰变产生的热能转换为电能的装置,涉及热-电物理场强耦合,如何准确仿真分析是一大难点。本文基于一款90Sr温差同位素电源样机,首先建立了样机整机热-电物理场直接耦合的数字仿真模型,结合试验数据对模型参数进行优化,然后通过模拟试验验证了电源样机稳态和动态运行下模型仿真的准确性。最后利用模型开展了电源样机整机热-电物理场分析,以及外接不同负载时的输出功率研究。结果表明,在给定工况下,样机系统漏热占比26%,电路电能损耗占比10%;在最佳匹配负载下,整机最大输出功率可达96 mW,热电转换效率2%。

     

  • 图  1  温差同位素电源样机

    Figure  1.  Radioisotope Thermoelectric Generator Prototype

    图  2  热电器件、热源和样机外壳温度仿真与实测对比

    Figure  2.  Temperature Comparison Between Simulation and Measurement of Thermoelectric Device, Heat Source and Prototype Shell

    图  3  整机输出功率与电压仿真与实测对比

    Figure  3.  Output Power and Voltage Comparison between Simulation and Measurement

    图  4  热电器件冷、热端温度随时间变化

    Figure  4.  Variation of Temperature at the Cold and Hot End of Thermoelectric Device with Time

    图  5  输入/输出功率随时间变化

    Figure  5.  Variation of Input and Output Power with Time

    图  6  整机及热电器件温度分布

    Figure  6.  Temperature Distribution of Prototype and Thermoelectric Device

    图  7  热电器件电势分布

    Figure  7.  Electric Potential Distribution of Thermoelectric Device

    图  8  整机输出功率随负载电阻变化

    Figure  8.  Variation of Output Power with Load Resistance

    表  1  电源样机典型运行工况

    Table  1.   Typical Operating Conditions of RTG Prototype

    工况 热源功率/W 外部环境 外部环境温度/℃
    1 3.3 空气 18.0
    2 3.3 4.0
    3 4.9 4.0
    4 4.9 10.0
    5 4.9 18.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-16
  • 修回日期:  2024-04-29
  • 刊出日期:  2024-08-12

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