Uzun müddətli bir Ay bazasının yalnızca eləlavətrik üretmesi yeterli değildir. Yaşam destəlavə birimleri, bilimsel cihazlar, eləlavətronik sistemler və hassas çalışma sahəları üçün qətitisiz soyutma da gərəkdir. Yerdəki tesislerden fərqli olaraq Ay səthində atmosfer bulunmadığından tullantı istilik hava və ya suyla taşınamaz; yalnızca radiatorlar aracılığıyla uzaya yayılabilir. Üstelik radiatorün qarşılaştığı əlavəvivalent istilik qəbuledicisi temperaturu Ay gündüzü boyunca təxminən 90 K’den 325 K’ye kadar değişebilir. Bu geniş aralık, aştorı temperaturta çok vərimli çalışan bir çevrimin Ay günortasınde performansını kaybetmesine və ya soyutmayı tamamen durdurmasına yol açabilir.

Araşdırmaçılar bu problem üçün güc istehsalı ilə soyutmayı eyni enerji zəncirinde birleştiren yedi sistem geliştirmiştir. Sistemler; üzvi Rankine çevrimi, transkritik CO₂ Rankine çevrimi və qapalı Brayton çevriminin buhar sıkıştırmalı, ejəlavətorlu və ya absorbsiyalı soyutma çevrimleriyle fərqli biçimlerde eşleştirilmesine dayanmaktadır. Karşılaştırma yalnızca eləlavətrik və soyutma miktarıyla sınırlı tutulmamış; əlavəserji səmərəliliyi, enerji istifadə faktoru, soyutma performans əmsalı, radiator sahəsi, istilik dəyişdirici sahəı və turbin çıkışındaki həcm debisi de qiymətləndirilmişdir.

100 kW termal giriş və 100 K əlavəvivalent istilik qəbuledicisi temperaturundaki dizayn nöqtəsinda, R600a kullanan organik Rankine–buxar sıxmalı soyutma sistemi yüzde 73,2 enerji istifadə faktoru və 6,30 soyutma performans əmsalıyla en yüksək soyutma yönümlü performansı vərmiştir. Üzvi Rankine–ejəlavətorlu soyutma sistemi 18,9 kW ilə en yüksək net eləlavətrik istehsalıne və en basit yapıya ulaşmıştır. Transkritik CO₂ Rankine–buhar sıkıştırmalı sistem ise yüzde 56,5 ilə en yüksək əlavəserji səmərəliliyini storlamıştır.

Tasarım noktası nəticələrı təlavə başına son seçimi belirlemsormatir. Ay gündüzündəlavəi 90–325 K temperatur değişimi altında organik Rankine–buhar sıkıştırmalı sistemin enerji istifadə faktoru yüksək temperaturta yüzde 37,3’e kadar düşmüştür. Ejəlavətorlü sistemde əlavəvivalent istilik qəbuledicisi temperaturu 309 K’yi aştığında ejəlavətorün sormai sona ermiş və soyutma gücü sıfıra inmiştir. Transkritik CO₂ sistemi ise turbin giriş və çıkış təzyiqlarını birlikdə yükselterəlavə 325 K’de yüzde 58,5 enerji istifadə faktorunü və 47,5 kW soyutma gücüni korumuştur. Bu səbəbdən çalışma, Ay gündüzü boyunca en dayanıklı təlavənik rota olaraq transkritik CO₂ Rankine–buhar sıkıştırmalı sistemi seçməlavətedir.

Nəticələr həqiqi bir Ay bazası prototipinden değil, termodinamik modeller və yarı-stasionar simulyasiyalardan əldə edilmişdir. Isı itkiları, təzyiq düşümleri, donanım keçid dinamikası, Ay tozu, radiasiya zədəsi və iki fazalı axının mikro cazibəndəlavəi ayrıntıları hesaba katılmamıştır. Faz değişimli ısı saxlama biriminin giriş ısısını 100 kW’ta sabit tuttuğu varsayılmış, lakin bu saxlama sisteminin kütlesi və tutumsi ayrıca boyutlandırılmamıştır.

Araşdırmanın əsas problemi nedir?

Ay bazasınde enerji üretimi və ısıl kontrol birbirinden müstəqil tasarlanırsa iki önemli sorun ortaya çıkar. Birincisi, güc çevriminden çıkan kullanılabilir temperaturtaki tullantı istilik birbaşa uzaya atılarak enerji potansiyelinin bir bölümü kaybedilir. İkincisi, soyutma sistemi ayrı bir eləlavətrik yükü oluşturur və güç üretim sisteminin kurulması gerəlavəen tutumyi büyütür.

Bu çalışmada amaç, güç üretim çevriminden çıkan məlavəanik iş, təzyiq potensialı və ya tullantı istilikyı birbaşa soyutma çevrimine aktararak mərhələli enerji istifadəsi storlamaktır. Araşdırmanın üç ana sorusu vardır:

• Ay koşullarında hangi güc istehsalı–soyutma eşleştirmesi dizayn nöqtəsinda en yüksək performansı vərir?
• Farklı btorlantı məlavəanizmaları üçün hangi işçi maye termodinamik performans ilə avadanlıq kompaktlığı arasında en iyi dengeyi storlar?
• Seçilən sistemler, Ay gündüzünde radiator sınır sıcaklığı 90 K’den 325 K’ye yükselirken soyutma və eləlavətrik istehsalıni ne ölçüde koruyabilir?

Ay ortamı neden Yerdəki enerji sistemlerinden fərqlidır?

Ay səthindəki yüksək vakum, konvəktif istilik ötürülməsini ortadan kaldırır. Bir sistemin ürettiği tullantı istilik, esas olaraq infraqırmızı şüsahəma yoluyla dərin kosmosa gönderilmelidir. Radyatör sahəı şu temel əlaqəye görə belirlenməlavətedir:

\[ A_{\mathrm{rad}}= \frac{Q_{\mathrm{rad}}} {\varepsilon\sigma \left(T_{\mathrm{rad,avg}}^{4}-T_{s}^{4}\right)} \]

• A_rad: Gerəlavəli radiator sahəsidır və m² cinsindedir.
• Q_rad: Radyatörün uzaya atması gerəlavəen ısıdır və kW cinsindedir.
• ε: Radyatör səthinin infraqırmızı yayma katsayısıdır.
• σ: Stefan–Boltzmann sabitidir; 5,6704 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴).
• T_rad,avg: Radyatörün orta səth sıcaklığıdır.
• T_s: Radyatörün qarşılaştığı əlavəvivalent istilik qəbuledicisi temperaturudır.

T_s yükseldiğinde T_rad,avg⁴ − T_s⁴ farkı küçülür. Aynı ısıyı atabilməlavə üçün radiator sahəsinın və ya radiator çalışma sıcaklığının artırılması gərəkdir. Bu səbəbdən Ay günortası, yalnızca sıcak səth nedeniyle değil, radiatorün net şüsahəma tutumsini düşürdüğü üçün sistemlerin en zor çalışma koşuludur.

Eşdəyər istilik qəbuledicisi sıcaklığı nasıl hesablanmışdır?

Model; Ay səthindən gelen infraqırmızı şüsahəmaı, birbaşa Güneş şüsahəmaını, Ay səthindən yansıyan Güneş ışığını və dərin kosmos arka planını təlavə bir eşdəyər temperaturta birleştirməlavətedir:

\[ T_{s}= \left[ F_{1}T_{m}^{4} + \frac{G_{s}}{\sigma} \frac{\alpha_{s}}{\varepsilon} \cos\theta_{1}(1+aF_{1}) + T_{\mathrm{space}}^{4} \right]^{1/4} \]

• F₁: Radyatörün Ay səthine görüş faktorudür.
• T_m: Ay səthi sıcaklığıdır.
• G_s: Ay orbitsindəlavəi Güneş sabitidir; çalışmada 1367 W/m² istifadə edilmişdir.
• α_s: Radyatörün Güneş şüsahəmaını soğurma katsayısıdır.
• θ₁: Güneş zenit buctorıdır.
• a: Ay səthinin albedosudur; temel hesapta 0,07 alınmıştır.
• T_space: Derin uzay arka plan sıcaklığıdır.

Radyatör, dərin kosmosa bakan yatay bir səth olaraq seçilmiş və Ay səthine görüş faktorunün mümkün olduğunca küçültülmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın 15. sayfasındaki qrafik, 29,5 Yer günü müddətn sinodik dövrde səth sıcaklığının gündüz təxminən sinüzoidal biçimde yükseldiğini, 14,75’inci Yer gününden sonra Ay gecəsinde təxminən 90–100 K səviyyəsine indiğini göstərir.

Ay gündüzü səth sıcaklığı üçün kullanılan yaklaşım:

\[ T_{m}=90+ 275\sin^{0.55} \left(\frac{\pi D_{a}}{14.75}\right) \]

biçimindedir. D_a, Yer günü cinsinden Ay zamanıdır. Tasarım dışı analizde radiatorün əlavəvivalent istilik qəbuledicisi temperaturu doğuş və batış çevresinde 90 K, Ay günortasınde 325 K olaraq tətbiq edilmişdir.

Yedi birleşik sistem nasıl yaradılmışdır?

Çalışmanın 10. sayfasındaki Şəkil 1, yedi sistemin akış şemalarını eyni cədvəlda göstərir. Sistemler üç fərqli enerji btorlantı məlavəanizmasına ayrılmışdır.

Məlavəanik val btorlantısı nasıl çalışmaktadır?

Sys 1 və Sys 2’de güc çevriminin turbini ilə buxar sıxmalı soyutma çevriminin kompressorü eyni mexaniki val üzərindədir. Türbinin ürettiği işin bir bölümü birbaşa kompressore aktarılır; böylece eləlavətrik istehsalı, motor və təlavərar məlavəanik işe dönüşüm mərhələlərındaki itkilar önlenir.

Bu btorlantının avantajı kısa enerji ötürmə yolu və yüksək soyutma performansıdır. Dezavantajı, turbin ilə kompressorün çalışma noktalarının eyni val hızı və güç dengesi altında eşleştirilmesi zorunluluğudur. Radyatör sıcaklığındaki değişim turbinin geri basıncını və kompressorün yoğuşma basıncını eyni anda değiştirdiği üçün off-design kontrol kritik hâle gelir.

Akışkan–iş btorlantılı ejəlavətor sistemi nasıl çalışmaktadır?

Sys 3 və Sys 4’te soyutma çevrimi məlavəanik kompressor kullanmaz. Güç çevriminin yüksək təzyiqlı işçi mayeının bir bölümü ejəlavətorün əsas axını olaraq nozula gönderilir. Nozulda təzyiq enerjisi hıza dönüştürülerəlavə aştorı təzyiq bölgəsi oluşturulur. Bu bölgə evaporatörden gelen ikincil soğutucu akışını emer.

Ejəlavətorün emme nisbəti:

\[ \mu=\frac{\dot m_{\mathrm{sf}}} {\dot m_{\mathrm{pf}}} \]

ilə diaqnozmlanmaktadır. Burada ṁ_sf evalən ikincil axının, ṁ_pf ise əsas axının kütləvi debisidir.

Çalışma, ejəlavətorü nozul, sorma kamerası, qarışma kamerası və diffuzor olaraq dört bölgəye ayıran birölçülü sabit təzyiqli qarışma modeliyle hesaplamıştır. Ana və ikincil akımların momentumları qarışma kamerasında birleşməlavəte, diffuzorde hız basınca dönüştürülməlavətedir.

Harəlavəetli parçanın bulunmaması, ejəlavətor sistemini tozlu və bakım imkânı sınırlı Ay ortamı üçün çəlavəici kılmaktadır. Ancak ejəlavətorün çalışması belirli bir əsas axın basıncı ilə geri təzyiq nisbətina btorlıdır. Bu nisbət kritik sərhədı gectiğinde şok dalgası nozul yönüne ilərleməlavəte və ikincil axının evalmesi durmaktadır.

Isıl btorlantılı absorpsiyon sistemleri nasıl çalışmaktadır?

Sys 5–7, kompressor yerine NH₃–H₂O absorbsiyalı çevrim kullanmaktadır. Güç çevriminden çıkan sıcak işçi maye əvvəl absorbsiyalı çevrimnin generatorüne girerəlavə amonytorın çözeltiden ayrılmasını storlar. Böylece aştorı nitelikli tullantı istilik soyutma üretiminde kullanılır.

Bu yaklaşım yüksək nitelikli eləlavətrik və ya val işi tüketimini azaltır və radiatore gönderiləcəlavə ümumi ısı yükünü daha yüksək temperaturlarda birleştirebilir. Buna qarşılık generator, absorber, məhlul istilik dəyişdiricisi, rəlavətifikator, nasos və əlavə borulama gerəlavətirir. Çalışmanın sahə hesapları, radiator küçülmesine rtormen ümumi istilik dəyişdirici sahəının ciddi biçimde büyüdüğünü göstermiştir.

Termodinamik komponentlər nasıl modellenmiştir?

Türbin gücü:

\[ W_{\mathrm{tur}}= \dot m_{\mathrm{tur}} (h_{\mathrm{tur,in}}-h_{\mathrm{tur,out}}) \]

kompressor tüketimi:

\[ W_{\mathrm{com}}= \dot m_{\mathrm{com}} (h_{\mathrm{com,out}}-h_{\mathrm{com,in}}) \]

və nasos tüketimi:

\[ W_{\mathrm{pump}}= \dot m_{\mathrm{pump}} (h_{\mathrm{pump,out}}-h_{\mathrm{pump,in}}) \]

ilə hesablanmışdır. Türbin, kompressor və nasoslar adiabatik kabul edilmiş; temel müqayisəda izentropiyak səmərəlilikleri 0,85 alınmıştır.

Bir istilik dəyişdirici üçün enerji bsahəsı:

\[ Q_{\mathrm{hex}} = \dot m_{h}(h_{h,\mathrm{in}}-h_{h,\mathrm{out}}) = \dot m_{l}(h_{l,\mathrm{out}}-h_{l,\mathrm{in}}) \]

şəlavəlindedir. Isı transferinin fiziki olaraq mümkün kalması üçün pinch point temperatur fərqina alt sınır tətbiq edilmişdir. Genel müqayisəda 10 K, bazı çözüm dallarında en az 5 K koşulu istifadə edilmişdir.

Modelin temel kabulleri nelerdir?

• Her çalışma noktası stasionar hal olaraq çözülmüştür.
• Çevreye olan ısı itkiları ihmal edilmiştir.
• Boru və komponent təzyiq düşümleri ihmal edilmiştir.
• Ejəlavətor nozulu dışındaki kinetik və potansiyel enerji değişimleri ihmal edilmiştir.
• Isı istilik dəyişdiriciləriinde yeterli və anlık istilik ötürülməsi olduğu kabul edilmiştir.
• Kısılma vanaları izentalpik kabul edilmiştir.
• Türbin, kompressor və nasos izentropiyak səmərəlilikleri sabit tutulmuştur.
• Türbin genişlənməsi, ıslaklık oluşmasını önleməlavə üçün bölümlere ayrılarak hesablanmışdır.
• NH₃–H₂O çevriminde ideal doğrultma kabul edilmiş və generatorden çıkan buhar saf doymuş amonytora eşitlenmiştir.

Bu kabuller sistem topologiyalarini ortak bir hesap ortamında müqayisəyı kolaylaştırmaktadır. Ancak həqiqi donanımdaki təzyiq itkiləri, kısmi yük vərim değişimleri, istilik dəyişdirici sonlu dinamikleri və iki fazalı axın qərarsızlıkları modelde yer almamaktadır.

Enerji, əlavəserji və kompaktlıq hangi göstəricilərle qiymətləndirilmişdir?

Isıl vərim

\[ \eta_{\mathrm{th}}= \frac{W_{\mathrm{net}}}{Q_{\mathrm{in}}} \]

Net eləlavətrik istehsalınin ümumi termal girişe nisbətidır.

Soyutma performans katsayısı

Buxar sıxmalı çevrim üçün:

\[ COP_{\mathrm{VCR}}= \frac{Q_{\mathrm{cool}}}{W_{\mathrm{com}}} \]

absorbsiyalı çevrim üçün:

\[ COP_{\mathrm{AR}}= \frac{Q_{\mathrm{cool}}} {Q_{\mathrm{gen}}+W_{P}} \]

istifadə edilmişdir. Ejəlavətorlü çevrimin COP diaqnozmı, tüm sisteme vərilən ısıya dayanmaktadır. Bu səbəbdən VCR, ERC və AR üçün vərilən COP dəyərləri fərqli sürücü enerji biçimlerine dayanır; birbaşa eyni fiziki girdinin nisbətləri olaraq okunmamalıdır.

Ekserji vərimi

\[ \eta_{\mathrm{ex}}= \frac{W_{\mathrm{net}}+Ex_{\mathrm{cool}}} {Ex_{\mathrm{in}}} \]

Eləlavətriğin və soyutmanın kullanılabilir enerji niteliğini birlikdə ölçməlavətedir. Soyutma ısısının tamamı eləlavətrikle eyni nitelikte kabul edilmez; temperatur səviyyəsine btorlı əlavəserjisi kullanılmaktadır.

Enerji kullanım faktörü

\[ EUF= \frac{W_{\mathrm{net}}+Q_{\mathrm{cool}}} {Q_{\mathrm{in}}} \]

Toplam ısıl girdinin eləlavətrik və faydalı soyutma olaraq ne kadar dəyərlendirildiğini gösterir. EUF, enerji miktarını ölçer; enerji kalitesini əlavəserji səmərəliliyi kadar ayrıntılı ayırmaz.

Özgül radiator sahəsi

\[ SRA= \frac{A_{\mathrm{rad}}} {W_{\mathrm{net}}+Q_{\mathrm{cool}}} \]

Bir kW ümumi faydalı çıkış başına gerəlavəen radiator sahəsidır.

Özgül istilik dəyişdirici sahəı

\[ SHEA= \frac{A_{\mathrm{hex,tot}}} {W_{\mathrm{net}}+Q_{\mathrm{cool}}} \]

Sistemdəlavəi bütün istilik dəyişdiricilərinin ümumi sahəını faydalı çıkışa nisbətlar.

Türbin çıkışı həcm debisisi

\[ VFR=\dot m_{\mathrm{ORC,out}}v_{\mathrm{out}} \]

Akışkanın turbin çıkışındaki kütləvi debisi ilə özgül hacminin çarpımıdır. Büyük VFR; daha geniş turbin son kademesi, egzoz kanalı və boru çapı gerəlavətirir.

Ortak tasarım sınırları nelerdir?

CO₂ çevrimlerinin 823 K, organik çevrimlerin 573 K üst temperaturta dəyərlendirilmesi çalışma işçi mayelarının termal sabitlık sınırlarına dayandırılmıştır. Bu seçim mühəndislik bakımından əhəmiyyətlidır; lakin sistemler eyni üst temperaturta qarşılaştırılmadığından yüksək temperaturtaki CO₂ çevrimlerinin əlavəserji avantajında izin vərilən temperatur səviyyəsi de rol oynamaktadır.

Altı organik işçi maye nasıl taranmıştır?

ORC tabanlı sistemler üçün R245fa, R123, R1233zd, toluol, butan və R600a qiymətləndirilmişdir. Aynı işçi mayeın bütün btorlantı türlerinde en iyi olmadığı görülmüş və her sistem üçün ayrı seçim meyarü tətbiq edilmişdir.

ORC–VCR üçün R600a neden seçilmiştir?

ORC–VCR’de əsas sualn turbin çıkışındaki həcm debisi və yoğuşma basıncıdır. Toluen en yüksək net güce və aştorı radiator sahəsina ulaşmasına rtormen 280 K’de təxminən 1,3 kPa yoğuşma basıncı və 4500 L/s turbin çıxışı həcm debisi üretmiştir. Bu dəyər R600a’nın təxminən 80 katıdır və turbin ilə egzoz hattını büyütməlavətedir.

Bütan termodinamik olaraq R600a’dan biraz daha iyi olmakla birlikdə təxminən 78 L/s həcm debisiye və 105 kPa doymuşluk basıncına sahiptir. R600a təxminən 55 L/s həcm debisi, 185 kPa pozitif təzyiq və butandan yalnızca yüzde 3,2 daha aştorı soyutma gücü storlamıştır. Bu səbəbdən R600a, termodinamik performans ilə avadanlıq kompaktlığı arasında en dengeli seçenəlavə olaraq belirlenmiştir.

ORC–ERC üçün R1233zd neden seçilmiştir?

Ejəlavətorlü sistemde işçi mayeın yalnızca turbin performansı değil, nozul çıkışındaki hız, ses hızı, şok itkiları və ikincil axını sürükleme tutumsi de önəmlidir.

R123 yüzde 48,1, R1233zd ise yüzde 47,3 əlavəserji səmərəliliyine ulaşmıştır. R123 biraz daha yüksək soyutma və güç üretmesine rtormen turbin çıxışı həcm debisi R1233zd’den yüzde 30,6 daha yüksəktir. R1233zd’nin nozul genişlənməsindəlavəi uygun davranışı və daha aştorı izentropiyak üssü, sabit süpersonik akış ilə daha iyi sürükləmə nisbəti storlamıştır. Bu səbəbdən kiçik performans kaybı qarşılığında daha kompakt R1233zd seçilmiştir.

ORC–AR üçün R1233zd neden seçilmiştir?

Absorpsiyon çevriminin ammonyak ayırabilmesi üçün ORC’nin 370 K civarında yoğuşması lazımdır. Toluen bu temperaturta yüksək net güç üretmesine qarşın təxminən 67,5 kPa yoğuşma basıncı və 1170 L/s həcm debisi oluşturmuştur.

Bütan 2,25 MPa, R600a ise 2,71 MPa yoğuşma basıncına ulaşarak boru və istilik dəyişdirici duvar kalınlığını artırmaktadır. R1233zd təxminən 1,17 MPa yoğuşma basıncı, orta səviyyə həcm debisi və R245fa’dan 7,8 kW daha fazla val gücü storlamıştır. Bu səbəbdən ısıl btorlantılı ORC–AR sistemi üçün de R1233zd seçilmiştir.

Model doğrulaması nasıl yapılmıştır?

Yedi sistemin bütünleşik yapısı təcrübəle təsdiqlənməmişdir. Bunun yerine güç və soyutma alt modelleri, yayımlanmış müstəqil hesaplamaların çalışma noktalarıyla müqayisə edilmişdir.

29. sayfadaki doğrulama qrafiklerinde mevcut modelin literatür əyrılerini yakın biçimde izlediği görülməlavətedir. Bu müqayisəlar temel termodinamik denklemlerin makul sonuç vərdiğini dəstəkləyir. Bununla belə doğrulama fərqli resurslardan alınmış ayrı alt sistemlere aittir; yedi birleşik konfigürasyonun tamamını, Ay radiatorünü və off-design kontrol məlavəanizmasını birlikdə doğrulamamaktadır.

Tasarım noktasında hangi sistemler öne çıkmıştır?

100 K əlavəvivalent istilik qəbuledicisi temperaturu və 100 kW termal girişte üç fərqli üstünlük ortaya çıkmıştır.

Sys 1: ORC–VCR

• En yüksək soyutma gücü
• EUF: %73,2
• COP: 6,30
• Yaşam destəlavə və kabin soyutmasının baskın olduğu tapşırıqler üçün güçlü dizayn nöqtəsi

R600a’nın yüksək gizli istiliksı və sıvı nasossının aştorı enerji tüketimi, aştorı yoğuşma sıcaklığında güçlü performans storlamıştır.

Sys 2: tRC–VCR

• Ekserji vərimi: %56,5 ilə en yüksək dəyər
• Tasarım noktası EUF: təxminən %65,2
• Yüksəlavə sıxlıqlu CO₂ nedeniyle görəce kompakt turbin və istilik dəyişdiriciləri

Transkritik ısı alma müddətcinde işçi maye sıcaklığının müddətkli değişmesi, günəş kolləlavətorunün ısı bırakma əyrısiyle daha iyi temperatur eşleşmesi oluşturmuş və əlavəserji yıkımını azaltmıştır.

Sys 3: ORC–ERC

• Net eləlavətrik gücü: 18,9 kW ilə en yüksək dəyər
• COP: yalnızca 0,52
• En basit sistem yapısı
• En aştorı xüsusi istilik dəyişdirici sahəsi

Kompresör bulunmadığından turbin işinin böyük bölümü net eləlavətriğe dönüşməlavətedir. Buna qarşılık ejəlavətordəlavəi şok, karışım və momentum aktarımı itkiları soyutma performansını sınırlamaktadır.

Absorpsiyon sistemleri neden elenmiştir?

Sys 5–7, güc çevriminin tullantı istiliksını kullanarak xüsusi radiator sahəsinı 8,9–9,3 m²/kW aralığına düşürmüştür. Buna qarşılık generator, absorber, məhlul istilik dəyişdiricisi və rəlavətifikator nedeniyle özgül ümumi istilik dəyişdirici sahəları 25,5–28,0 m²/kW’a yükselmiştir.

Çalışma, aştorı radiator sahəsina rtormen ümumi istilik dəyişdirici sahəsindaki artımın Ay’a daşınacaq kütle və hacim bakımından kabul ediləmez olabiləceğini dəyərlendirmiştir. Sys 4 ise iki kompressorlü karmaşık yapısı və Sys 1–3’ten daha yüksək sahə ihtiyacı nedeniyle elenmiştir.

Ay gündüzü off-design analizi nasıl yapılmıştır?

Ay gündüzü 14,8 Yer günlük bir müddətç olaraq çok sayıda sabit çalışma noktasına ayrılmışdır. Bu yaklaşım “yarı-stasionar” analizdir: Her temperatur noktası müstəqil bir stasionar hal olaraq çözülmüş, sıcaklığın zamana btorlı değişiminden resurslanan həqiqi keçid dinamikası modellenmsormatir.

Faz değişimli ısıl saxlama biriminin Güneş şüsahəmaındaki değişimi yumuşattığı və bütün gündüz boyunca güc çevrimine 100 kW sabit istilik vərdiği kabul edilmiştir. Böylece sistem performansındaki değişimin esas olaraq T_s yükselişinden resurslandığı varsayılmıştır.

Sys 1 Ay günortasınde neden ciddi performans kaybetmiştir?

R600a, kritik nokdiaqnozn altındaki doymuşluk bölgəsinde çalışmaktadır. Bu bölgəde yoğuşma sıcaklığı və yoğuşma basıncı birbirine btorlıdır. T_s yükseldiğinde radiator sıcaklığı və R600a yoğuşma basıncı hızla artmaktadır.

Yükselen turbin çıxış təzyiqi:

• Türbin təzyiq nisbətinı azaltır.
• Türbinden elde edilən entalpi düşüşünü küçültür.
• Kompresörün çalışması üçün gerəlavəen basıncı yükseltir.
• Türbin giriş sıcaklığı işçi mayeın sabitlık sınırıyla məhdudiyyətlandığı üçün telafi ediləmez.

Nəticəta Sys 1’in EUF dəyəri T_s = 100 K’de yüzde 73,2 iken 325 K’de yüzde 37,3’e düşmüştür. Çalışma bunu təxminən yüzde 49 performans bozulması olaraq vərməlavətedir.

Sys 3’ün soyutması neden tamamen durmuştur?

T_s yükseldikçe ejəlavətorün çıkışındaki arxa təzyiq artmaktadır. Geri təzyiq nisbəti kritik dəyəri gectiğinde qarışma kamerasındaki normal şok dalğası nozul boğazına doğru ilərler. Nozul çıkışında ikincil axını çəlavəen aştorı təzyiq bölgəsi kaybolur.

T_s 309 K’yi aştığında:

• İkincil soğutucu akışın evalmesi durmuştur.
• Soyutma tutumsi sıfıra inmiştir.
• Sistem zayıf eləlavətrik üreten müstəqil bir ORC’ye dönüşmüştür.
• EUF təxminən yüzde 11,2’ye düşmüştür.

Sys 3 ayrıca 40 kW’ın altındaki termal girişte yeterli əsas axın basıncı oluşturamadığı üçün ejəlavətorü çalıştıramamıştır.

Sys 2 neden daha dayanıklıdır?

Transkritik CO₂ çevriminde temperatur ilə təzyiq, organik işçi mayeın doymuşluk əyrısindəlavəi kadar katı biçimde btorlı değildir. Sistem, radiator koşulu değiştiğinde turbin çıxış təzyiqinı və nasos aracılığıyla turbin giriş basıncını müstəqil olaraq strukturleyebilir.

Her T_s dəyəri üçün EUF’nin turbin çıxış təzyiqina görə bir maksimumu vardır:

• T_s = 150 K’de optimum çıxış təzyiqi təxminən 7,0 MPa’dır.
• T_s = 280 K’de optimum çıxış təzyiqi təxminən 9,0 MPa’ya yükselir.
• T_s = 325 K’de optimum çıxış təzyiqi təxminən 11,2 MPa’dır.

Düşük T_s koşulunda CO₂ radiator çıkışında yüksək sıxlıqlu sıvı benzeri vəziyyətdadır və aştorı çıxış təzyiqi nasos tüketimini sınırlamaktadır. T_s yükseldiğinde aştorı təzyiqta CO₂ gaz benzeri hâle gelir, xüsusi həcm və nasos tüketimi artar. Çıkış basıncının yükseltilmesi işçi maye yoğunluğunu artırarak nasosnın işini sınırlar.

Çift təzyiq tənzimləmə məlavəanizması nedir?

Çalışmanın 47. sayfasındaki Şəkil 16, Ay gündüzü boyunca iki basıncın birlikdə değiştirildiğini göstərir:

• Türbin giriş basıncı təxminən 19,5 MPa’dan 30 MPa’ya çıkar.
• Türbin çıxış təzyiqi təxminən 6,5 MPa’dan 11,2 MPa’ya çıkar.

Çıkış basıncının artırılması CO₂ yoğunluğunu yükseltip nasos tüketimini kontrol ederkən, giriş basıncının artırılması turbin öncəsindəlavəi təzyiq potensialıni büyütür. Böylece çıxış təzyiqinın yükselmesi nedeniyle kaybedilən genişlənmə nisbətinın bir bölümü geri kazanılır.

T_s 90 K’den 325 K’ye yükselirken:

Pompa və kompressor tüketimleri belirgin biçimde yükselse de turbin gücündəlavəi artım bu yüklerin böyük bölümünü qarşılamıştır. Bu səbəbdən net güç və soyutma tamamen çökmsormatir.

Görev yükü değiştiğinde hangi sistem daha esnəlavətir?

Çalışma, soyutma gücünin net eləlavətrik gücüne nisbətinı şu şəkilde diaqnozmlamıştır:

\[ CPR= \frac{Q_{\mathrm{cool}}} {W_{\mathrm{net}}} \]

Düşük CPR eləlavətrik prioritetli, yüksək CPR ise soyutma prioritetli missiya rejiminu ifadə edir.

Sys 2’nin CPR aralığı Sys 1’in təxminən 1,9 katıdır. Sys 3’ün sabit nozul geometrisi, ana və evalən akış arasındaki momentum aktarımını dar bir çalışma noktasına btorlamaktadır.

Çalışmanın en güçlü nəticələrı nelerdir?

• Yedi birleşik güç–soyutma topologiyasini eyni Ay sınır koşullarında müqayisəktadır.
• Çalışma işçi mayeı seçimini yalnızca çevrim vərimine değil, turbin həcm debisisine, basınca və əlavəipman sahəına btorlamaktadır.
• Her btorlantı məlavəanizması üçün fərqli işçi maye seçilmesi gerəlavətiğini göstərir.
• Termodinamik performans ilə radiator və istilik dəyişdirici sahəını birlikdə dəyərlendirməlavətedir.
• Alt sistem modellerini yayımlanmış nəticələrla qarşılaştırarak yüzde 0,052–3,57 aralığında sapmalar bildirməlavətedir.
• Tasarım noktasında üstün görünen ORC–VCR sisteminin yüksək T_s altında ciddi biçimde zayıfladığını göstərir.
• Ejəlavətorlü sistemin 309 K üzərindəki fiziki çalışma sınırını açıqça ortaya koymaktadır.
• Transkritik CO₂ sistemindəlavəi çift təzyiq tənzimləmə məlavəanizmasını təzyiq, güç və soyutma əyrıleriyle açıqlamaktadır.
• Yalnızca en yüksək vərimli sistemi değil, Ay gündüzü boyunca en dayanıklı sistemi seçməlavətedir.

Çalışmanın başlıca məhdudiyyətlərı nelerdir?

• Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.
• Nəticələr təcrübəsel prototip, avadanlıq dövrə testi və ya Ay tapşırıqi vərisiyle təsdiqlənməmişdir.
• Yarı sabit analiz, temperatur və təzyiq gecişlerinin həqiqi zamana btorlı dinamiklerini içermeməlavətedir.
• Kontrol alqoritmsının sensorleri, klapanleri, aktuatorleri, gecikməleri və sabitlığı modellenmsormatir.
• Isı itkiları və boru təzyiq düşümleri ihmal edilmiştir.
• Türbin, kompressor və nasosların izentropiyak səmərəlilikleri bütün çalışma aralığında sabit kabul edilmiştir.
• Isı istilik dəyişdiriciləriinin anlık və yeterli istilik ötürülməsi storladığı varsayılmıştır.
• Gerçəlavə donanım kütlesi hesaplanmamış; SRA və SHEA sahə əsaslı vəkil göstəricilər olaraq istifadə edilmişdir.
• Duvar kalınlığı, malzeme yoğunluğu, turbin kütlesi, nasos kütlesi, borulama və yapısal destəlavəler ümumi sistem kütlesine dönüştürülmsormatir.
• Faz değişimli ısıl saxlamanın gündüz boyunca 100 kW sabit giriş storladığı kabul edilmiş; saxlama malzemesi, tutumsi, vərimi və kütlesi boyutlandırılmamıştır.
• Çalışmanın ana off-design analizi Ay gecəsini əhatə dairəsiamaktadır.
• Ay tozunun radiator soğurma və yayma özelliklerini zamanla değiştirmesi hesaba katılmamıştır.
• Uzay radiasiyau, işçi maye bozunması, sızma, hermetiklik və uzun müddətli material uyğunluğu incelenmsormatir.
• İki fazlı akışların aştorı yer çəlavəimindəlavəi ayrışması, ytor yönetimi və sıvı dtorılımı ayrıntılı olaraq modellenmsormatir.
• Ejəlavətor üçün birölçülü sabit təzyiqli qarışma modeli kullanılmış; üç boyutlu şok yapısı və viskoz itkilar çözülmsormatir.
• NH₃–H₂O çevriminde ideal doğrultma kabul edilmiştir.
• Termodinamik özelliklerin hangi yazılım və ya vəri tabanından alındığı açıqça belirtilmsormatir.
• Parametre belirsizliği, həssaslıq analizi və ya Monte Carlo belirsizlik yayılımı təqdim edilməmişdir.
• COP diaqnozmları fərqli sürücü enerji biçimlerine dayandığından VCR, ERC və AR dəyərləri tamamen eşdəyər göstəricilər değildir.
• ORC ilə CO₂ çevrimlerinin azami temperaturları fərqlidır; bu vəziyyət əlavəserji müqayisəsını təsirleyebilir.

Çalışma nəyi dəstəkləyir?

• Ay bazası güç və soyutma sistemlerinin ortak enerji zənciri üçünde tasarlanmasının faydalı olabiləceğini dəstəkləyir.
• Düşük radiator sınır sıcaklığında ORC–VCR sisteminin yüksək soyutma performansı storlayabildiğini göstərir.
• Ejəlavətorlü ORC sisteminin az harəlavəetli parçayla yüksək net eləlavətrik üretebildiğini göstərir.
• Transkritik CO₂ çevriminin geniş temperatur aralığında aktif təzyiq tənzimləməsine uygun olduğunu göstərir.
• Tasarım noktasındaki en yüksək performansın, bütün Ay gündüzündəlavəi en dayanıklı tasarım anlamına gelmediğini göstərir.
• R600a’nın məlavəanik btorlantılı ORC–VCR üçün, R1233zd’nin ejəlavətorlu və ısıl btorlantılı ORC sistemleri üçün daha dengeli seçenəlavəler olduğunu göstərir.
• Absorpsiyon sistemlerinin radiator sahəsinı azaltırken ümumi istilik dəyişdirici sahəını büyütebildiğini göstərir.
• Sys 2’nin 90–325 K aralığında müddətkli eləlavətrik və soyutma storlayabildiğini gösteren sayısal nəticələr sunmaktadır.

Çalışma nəyi sübut etmir?

• tRC–VCR sisteminin həqiqi bir Ay bazasınde qəti olaraq en aştorı ümumi kütleye sahip olactorını sübut etmir.
• Önerilən çift təzyiq kontrolünün həqiqi donanımda sabit və güvənilir çalışactorını göstermeməlavətedir.
• Faz değişimli saxlamanın Ay gündüzü boyunca 100 kW sabit istilikyı kabul ediləbilir kütleyle storlayabiləceğini sübut etmir.
• Ay gecəsinde qətitisiz çalışmayı göstermeməlavətedir.
• Radyatörlerin Ay tozu, səth yaşlanması və mikrometeorit təsirleri altında eyni performansı koruyactorını göstermeməlavətedir.
• R600a və R1233zd’nin uzun müddətli uzay ortamı güvənliğini təcrübəsel olaraq doğrulamamaktadır.
• Ejəlavətorün 309 K sınırının bütün geometrilər və miqyasler üçün değişmez olduğunu göstermeməlavətedir.
• Alan göstəricilərinin birbaşa həqiqi sistem kütlesi və ya fırlatma xərcine eşit olduğunu göstermeməlavətedir.
• Alt sistem doğrulamalarının bütünleşik Ay bazası sistemini təcrübəsel olaraq doğruladığı mənasına gəlmir.

Türkiyə baxımından bilimsel və mühəndislik dəyəri nedir?

Çalışma Türkiyədəki uzay sistemleri, termodinamik çevrimler, radyatif ısı kontrolü və kiçik moduler enerji sistemleri araşdırmaları üçün tətbiq oluna bilən bir üsul çərçivəsi sunmaktadır. Ay bazası özelinde geliştirilən müqayisə yaklaşımı; yüksək irtifa platformları, uydular, dərin kosmos araçları, kutup araşdırma istasyonları və şebəlavəeden müstəqil enerji–soyutma sistemleri üçün de uyarlanabilir.

En önemli üsulsel ders, bir sistemi yalnızca dizayn nöqtəsindaki vərimle seçmenin yeterli olmadığıdır. Türkiyədə geliştiriləcəlavə uzay donanımlarında da işçi maye, kısmi yük davranışı, temperatur sınırları, radiator sahəsi, əlavəipman hacmi və kontrol esnəlavəliği eyni optimallaşdırma üçünde dəyərlendirilmelidir.

Çalışmanın Metodu və Tapıntıları

Çalışmanın üsul akışı

Çalışma işçi mayeı seçim nəticələrı

Tasarım noktası müqayisəsının özeti

Ay gündüzü off-design nəticələrı

Nihai sistem seçimi

Çalışmanın kendi dəyərlendirme meyarleri altında Sys 2, yani transkritik CO₂ Rankine çevrimi ilə buxar sıxmalı soyutmanın məlavəanik olaraq btorlandığı sistem, Ay gündüzü üçün tercih edilən konfigürasyondur.

Bu seçim dizayn nöqtəsindaki en yüksək EUF’ye değil, aştorıdaki birleşik özelliklere dayanmaktadır:

• 90–325 K aralığında qətitisiz çalışma,
• 325 K’de yüzde 58,5 EUF,
• 47,5 kW soyutma gücünin korunması,
• 0,1–4,5 arasında missiya yükü tənzimləmə aralığı,
• yüksək əlavəserji səmərəliliyi,
• CO₂’nin yüksək yoğunluğundan resurslanan avadanlıq kompaktlığı,
• turbin giriş və çıkış təzyiqlarının ayrı ayrı ayarlanabilmesi.

Bu sonuç, həqiqi bir Ay bazası sisteminin qəti seçimi olaraq değil, çalışmanın idealize termodinamik sınırları və sahə əsaslı kompaktlıq göstəriciləri üçündəlavəi en uygun aday olaraq dəyərlendirilmelidir.

Mənbə və Metod Notu

Çalışmanın tam özgün adı:Configuration Selection and Lunar Daytime Off-design Evaluation of Power Generation-Refrigeration Coupled Systems for Lunar Bases

Müəlliflər və sıralama: Zhijie Liu, Cong Wang, Lei Lang, Jiang Qin və Penghao Duan.

Eş birinci yazar: Eş katkı və ya eş birinci yazarlık bilgisi belirtilmsormatir.

Məsul müəllif: Cong Wang. Çalışmada ilətişim adresi congwang@hit.edu.cn olaraq vərilmiştir.

Qurumsal btorlantılar:

• Zhijie Liu, Cong Wang və Lei Lang: School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Çin.
• Jiang Qin: Harbin Institute of Technology; School of Power and Energy, Nanchang Hangkong Univərsity; Chongqing Research Institute, Harbin Institute of Technology.
• Penghao Duan: Department of Mechanical Engineering, Univərsity of Hong Kong, Hong Kong, Çin.

DOI:10.2139/ssrn.6985295.

Jurnal: Çalışmanın hakemli bir dergide yayımlandığı təsdiqlənməmişdir.

Yayın platforması: SSRN.

Özgün yayınevi: Hakemli son bir yayınevi mövcud deyil. SSRN kaydı erkən araşdırma/preprint platform kaydıdır.

Yayın ili: 2026. İncelenen mətnde qəti bir yayımlanma günü belirtilmeməlavətedir.

Mənbə növü: Termodinamik sistem modellemesi, alt sistem doğrulaması, işçi maye taraması, parametrik müqayisə və yarı-stasionar off-design analiz içeren mühəndislik preprinti.

Hakemlik vəziyyəti: Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiştir. Her sayfada “Preprint qeyd peer reviewed” xəbərdarlıqsı vardır.

Resmî yayın btorlantısı:SSRN çalışma kaydı.

Maliyyələşmə: Çalışma, YE Qisun’ Science Foundation U2341276 numaralı proje ilə Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfının 52406010 numaralı program desteğini bildirməlavətedir.

Bu Türkçe açıqlama; çalışmanın bütün metni, denklemleri, sistem şemaları, işçi maye cədvəlları, doğrulama qrafikleri, dizayn nöqtəsi müqayisəları, Ay gündüzü performans əyrıleri, çalışma zarfları, çift təzyiq tənzimləmə nəticələrı və resursçası baştan sona incelenerəlavə hazırlanmıştır. Bilimsel nəticələra dış resurslardan yeni bulgu əlavəlenmsormatir. Dış doğrulama yalnızca başlık, müəlliflər, DOI və SSRN kayıt kimliğinin kontrolü amacıyla istifadə edilmişdir.

Çalışma, həqiqi donanım testleri yerine doğrulanmış alt sistem modelleri və sayısal simulyasiyalara dayanmaktadır. Basınç düşümleri, ısı itkiları, keçid dinamikası, həqiqi kontrol donanımı, Ay tozu, radiasiya, mikro cazibənde iki fazalı axın və faz dəyişimli saxlanmanın kütlesi hesaplanmamıştır. SRA və SHEA dəyərləri həqiqi sistem kütlesinin birbaşa ölçümü değil, sahə temelli kompaktlıq göstəriciləridir. Bu səbəbdən tRC–VCR sonucu, Ay bazasınde saha doğrulaması yapılmış son çözüm değil, sonraki prototip və donanım döngüsü çalışmalarına əvvəllik vərilmesi önerilən sayısal adaydır.