Узун мөөнөтли бир Ай базасынын йалнызжа елкошумчатрик үретмеси йетерли дегилдир. Йашам десткошумча биримлери, билимсел түзмөклар, елкошумчатроник системлер жана хассас изилдөө тармаклары үчүн тактисиз муздатуу да керек. Жердеги тесислерден ар башка катары Ай бетинде атмосфер булунмадыгындан калдык жылуулук хава же суйла ташынамаз; йалнызжа радиаторлор аражылыгыйла узайа йайылабилир. Үстелик радиаторүн каршылаштыгы эквивалент жылуулук кабылдагыч температурасы Ай күндүзү бойунжа болжол менен 90 К’ден 325 К’йе кадар дегишебилир. Бу гениш аралык, төмөн температурата чок жанаримли чалышан бир чевримин Ай түшүнде перформансыны кайбетмесине же муздатууйы тамамен дурдурмасына йол ачабилир.

Изилдөөчүлөр бу проблем үчүн кубат өндүрүшү менен муздатууйы ошол эле энергия чынжырынде бирлештирен йеди систем гелиштирмиштир. Системлер; органикалык Ранкине цикли, транскритикалык CO₂ Ранкине цикли жана жабык Брайтон циклинин бухар сыкыштырмалы, эжекторлуу же абсорбциялуу муздатуу чевримлерийле ар башка бичимлерде ешлештирилмесине дайанмактадыр. Каршылаштырма йалнызжа елкошумчатрик жана муздатуу миктарыйла сынырлы тутулмамыш; эксергия натыйжалуулугу, энергия пайдалануу фактору, муздатуу перформанже коэффициенти, радиатор аянты, жылуулук алмаштыргыч тармакы жана турбина чыкышындаки көлөмдүк агым де бааланган.

100 кW жылуулук кириши жана 100 К эквивалент жылуулук кабылдагыч температурасындаки дизайн чекитинда, Р600а кулланан органик Ранкине–буу кысуу муздатуусу системи йүзде 73,2 энергия пайдалануу фактору жана 6,30 муздатуу перформанже коэффициентийла ен жогорку муздатууга багытталган перформансы жанармиштир. Органикалык Ранкине–эжекторлуу муздатуу системи 18,9 кW менен ен жогорку нет электр өндүрүшүне жана ен басит йапыйа улашмыштыр. Транскритикалык CO₂ Ранкине–бухар сыкыштырмалы систем исе йүзде 56,5 менен ен жогорку эксергия натыйжалуулугуни сторламыштыр.

Тасарым ноктасы натыйжалары ткошумча башына акыркы сечими белирлемсоруутир. Ай күндүзүндкошумчаи 90–325 К температура дегишими астында органик Ранкине–бухар сыкыштырмалы системин энергия пайдалануу фактору жогорку температурата йүзде 37,3’е кадар дүшмүштүр. Эжекторлү системде эквивалент жылуулук кабылдагыч температурасы 309 К’йи аштыгында эжекторүн сорууи сона ермиш жана муздатуу кубаттуулугу сыфыра инмиштир. Транскритикалык CO₂ системи исе турбина гириш жана чыкыш басымларыны бирге йүкселтеркошумча 325 К’де йүзде 58,5 энергия пайдалануу факторунү жана 47,5 кW муздатуу кубаттуулугуни корумуштур. Ошондуктан изилдөө, Ай күндүзү бойунжа ен дайаныклы ткошумчаник рота катары транскритикалык CO₂ Ранкине–бухар сыкыштырмалы системи сечмкошумчатедир.

Натыйжалар чыныгы бир Ай базасы прототипинден дегил, термодинамикалык модельлер жана жарым туруктуу симуляциялардан алынган. Ысы жоготуулары, басым дүшүмлери, донаным өтүү динамикасы, Ай чаңы, радиациялык зыян жана эки фазалуу агымын микро тартылуундкошумчаи айрынтылары хесаба катылмамыштыр. Фаз дегишимли ысы сактоо бириминин гириш ысысыны 100 кW’та туруктуу туттугу варсайылмыш, бирок бу сактоо системинин күтлеси жана кубаттуулукси айрыжа бойутландырылмамыштыр.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү недир?

Ай базасынде енержи үретими жана ысыл контрол бирбиринден көз карандысыз тасарланырса ики өнемли сорун ортайа чыкар. Биринжиси, кубат циклинден чыкан кулланылабилир температуратаки калдык жылуулук түздөн-түз узайа атыларак енержи потансийелинин бир бөлүмү кайбедилир. Икинжиси, муздатуу системи айры бир елкошумчатрик йүкү олуштурур жана гүч үретим системинин курулмасы геркошумчаен кубаттуулукйи бүйүтүр.

Бу изилдөөда амач, гүч үретим чевриминден чыкан мкошумчааник иш, басым потенциалы же калдык жылуулукйы түздөн-түз муздатуу циклине актарарак баскычтуу энергия пайдалануу сторламактыр. Изилдөөнын үч ана сорусу бар:

• Ай кошулларында ханги кубат өндүрүшү–муздатуу ешлештирмеси дизайн чекитинда ен жогорку перформансы жанарир?
• Фарклы байланыш мкошумчаанизмалары үчүн ханги жумушчу суюктук термодинамик перформанс менен жабдык компакттуулугу арасында ен ийи денгейи сторлар?
• Сечмененн системлер, Ай күндүзүнде радиатор сыныр сыжаклыгы 90 К’ден 325 К’йе йүкселиркен муздатуу жана электр өндүрүшүни не өлчүде коруйабилир?

Ай ортамы неден Жердеги енержи системлеринден ар башкадыр?

Ай бетиндеки жогорку вакум, конжанактиф жылуулук өткөрүүни ортадан калдырыр. Бир системин үреттиги калдык жылуулук, есас катары инфракызыл нурлануу йолуйла терең космоса гөндерилмелидир. Радйатөр тармакы шу темел байланышйе боюнча белирленмкошумчатедир:

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

• А_рад: Геркошумчали радиатор аянтыдыр жана м² жинсиндедир.
• Q_рад: Радйатөрүн узайа атмасы геркошумчаен ысыдыр жана кW жинсиндедир.
• ε: Радйатөр бетинин инфракызыл йайма катсайысыдыр.
• σ: Стефан–Болтзманн туруктуусудир; 5,6704 × 10⁻⁸ W/(м²·К⁴).
• Т_{рад,авг}: Радйатөрүн орточо бет сыжаклыгыдыр.
• Т_с: Радйатөрүн каршылаштыгы эквивалент жылуулук кабылдагыч температурасыдыр.

Т_с йүкселдигинде Т_{рад,авг}⁴ − Т_с⁴ фаркы күчүлүр. Айны ысыйы атабилмкошумча үчүн радиатор аянтынын же радиатор изилдөө сыжаклыгынын артырылмасы керек. Ошондуктан Ай түшү, йалнызжа сыжак бет неденийле дегил, радиаторүн нет нурлануу кубаттуулуксини дүшүрдүгү үчүн системлерин ен зор изилдөө кошулудур.

Ешмаани жылуулук кабылдагыч сыжаклыгы насыл эсептелген?

Модел; Ай бетинден гелен инфракызыл нурланууы, түздөн-түз Гүнеш нурланууыны, Ай бетинден йансыйан Гүнеш ышыгыны жана терең космос арка планыны ткошумча бир ешмаани температурата бирлештирмкошумчатедир:

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

• Ф₁: Радйатөрүн Ай бетине көрүү факторудүр.
• Т_м: Ай бети сыжаклыгыдыр.
• Г_с: Ай орбитасиндкошумчаи Гүнеш туруктууидир; изилдөөда 1367 W/м² колдонулган.
• α_с: Радйатөрүн Гүнеш нурланууыны согурма катсайысыдыр.
• θ₁: Гүнеш зенит бурчудыр.
• а: Ай бетинин альбедосудур; темел хесапта 0,07 алынмыштыр.
• Т_спаже: Дерин узай арка план сыжаклыгыдыр.

Радйатөр, терең космоса бакан йатай бир бет катары сечилмиш жана Ай бетине көрүү факторунүн мүмкүн олдугунжа күчүлтүлмеси амачланмыштыр. Изилдөөнын 15. сайфасындаки график, 29,5 Жер күнү мөөнөтн синодикалык циклде бет сыжаклыгынын гүнтегиз болжол менен синүзоидал бичимде йүкселдигини, 14,75’инжи Жер күнүнден кийин Ай түнүнде болжол менен 90–100 К деңгээлине индигини көрсөтөт.

Ай күндүзү бет сыжаклыгы үчүн кулланылан йаклашым:

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

бичиминдедир. Д_а, Жер күнү жинсинден Ай убакытыдыр. Тасарым дышы анализде радиаторүн эквивалент жылуулук кабылдагыч температурасы догуш жана батыш чевресинде 90 К, Ай түшүнде 325 К катары колдонулган.

Йеди бирлбосого систем насыл түзүлгөн?

Изилдөөнын 10. сайфасындаки Фигура 1, йеди системин акыш шемаларыны ошол эле таблицада көрсөтөт. Системлер үч ар башка енержи байланыш мкошумчаанизмасына бөлүнгөн.

Мкошумчааник вал байланышсы насыл изилдөөктадыр?

Сйс 1 жана Сйс 2’де кубат циклинин турбинаи менен буу кысуу муздатуусу чевриминин компрессорү ошол эле механикалык вал үстүндөдир. Түрбинин үреттиги ишин бир бөлүмү түздөн-түз компрессоре актарылыр; бөйлеже электр өндүрүшү, мотор жана ткошумчарар мкошумчааник ише дөнүшүм баскычтарындаки жоготуулар өнленир.

Бу байланышнын авантажы кыса энергия өткөрүү жолу жана жогорку муздатуу перформансыдыр. Ыңгайсыздыкы, турбина менен компрессорүн изилдөө нокталарынын ошол эле вал хызы жана гүч денгеси астында ешлештирилмеси зорунлулугудур. Радйатөр сыжаклыгындаки дегишим турбинаин гери басынжыны жана компрессорүн йогушма басынжыны ошол эле анда дегиштирдиги үчүн офф-десигн контрол критикалык хâле гелир.

Акышкан–иш байланышлы эжектор системи насыл изилдөөктадыр?

Сйс 3 жана Сйс 4’те муздатуу цикли мкошумчааник компрессор кулланмаз. Гүч чевриминин жогорку басымлы жумушчу суюктукынын бир бөлүмү эжекторүн негизги агымы катары соплоа гөндерилир. Нозулда басым энергиясы хыза дөнүштүрүлеркошумча төмөн басым аймакси олуштурулур. Бу аймак евапоратөрден гелен экинчил согутужу акышыны емер.

Эжекторүн емме катышы:

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

менен диагнозмланмактадыр. Бурада ṁ_сф еммененн экинчи агымын, ṁ_пф исе негизги агымын массалык агымсидир.

Изилдөө, эжекторү сопло, соруу камерасы, аралашуу камерасы жана диффузор катары дөрт аймакйе айыран бир өлчөмдүү туруктуу басымдагы аралашуу модельийле хесапламыштыр. Ана жана экинчил акымларын импульслары аралашуу камерасында бирлешмкошумчате, диффузорде хыз басынжа дөнүштүрүлмкошумчатедир.

Харкошумчаетли парчанын булунмамасы, эжектор системини тозлу жана бакым имкâны сынырлы Ай ортамы үчүн чкошумчаижи кылмактадыр. Анжак эжекторүн изилдөөсы белирли бир негизги агым басынжы менен гери басым катышына бторлыдыр. Бу катыш критикалык чекы кечтигинде шок далгасы сопло багытүне мененрлемкошумчате жана экинчи агымын евалмеси дурмактадыр.

Ысыл байланышлы абсорпсийон системлери насыл изилдөөктадыр?

Сйс 5–7, компрессор йерине NH₃–Х₂О абсорбция цикли кулланмактадыр. Гүч чевриминден чыкан сыжак жумушчу суюктук мурун абсорбция циклинин генераторүне гиреркошумча амонмайын чөзелтиден айрылмасыны сторлар. Бөйлеже төмөн нителикли калдык жылуулук муздатуу үретиминде кулланылыр.

Бу йаклашым жогорку нителикли елкошумчатрик же вал иши түкетимини азалтыр жана радиаторе гөндермененжкошумча жалпы ысы йүкүнү даха жогорку температураларда бирлештиребилир. Буна каршылык генератор, абсорбер, эритме жылуулук алмаштыргычы, ректификациялоочу, насос жана кошумча борулама геркошумчатирир. Изилдөөнын тармак хесаплары, радиатор күчүлмесине ртормен жалпы жылуулук алмаштыргыч тармакынын жидди бичимде бүйүдүгүнү гөстермиштир.

Термодинамик компоненттер насыл модельленмиштир?

Түрбин гүжү:

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

компрессор түкетими:

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

жана насос түкетими:

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

менен эсептелген. Түрбин, компрессор жана насослар адиабаталык кабул едилмиш; темел салыштырууда изентропиялык натыйжалуулуклери 0,85 алынмыштыр.

Бир жылуулук алмаштыргыч үчүн энергия балансы:

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

шкошумчалиндедир. Ысы трансферинин физикалык катары мүмкүн калмасы үчүн пинжх поинт температура айырмасына алт сыныр колдонулган. Генел салыштырууда 10 К, базы чөзүм далларында ен аз 5 К кошулу колдонулган.

Моделин темел кабуллери нелердир?

• Хер изилдөө ноктасы туруктуу абал катары чөзүлмүштүр.
• Чеврейе олан ысы жоготуулары ихмал едилмиштир.
• Бору жана компонент басым дүшүмлери ихмал едилмиштир.
• Эжектор соплоу дышындаки кинетик жана потансийел енержи дегишимлери ихмал едилмиштир.
• Ысы жылуулук алмаштыргычтаринде йетерли жана анлык жылуулук өткөрүү олдугу кабул едилмиштир.
• Кысылма ваналары изоэнтальпиялык кабул едилмиштир.
• Түрбин, компрессор жана насос изентропиялык натыйжалуулуклери туруктуу тутулмуштур.
• Түрбин кеңейүүси, ыслаклык олушмасыны өнлемкошумча үчүн бөлүмлере айрыларак эсептелген.
• NH₃–Х₂О чевриминде идеал догрултма кабул едилмиш жана генераторден чыкан бухар саф доймуш амонмайа ешитленмиштир.

Бу кабуллер систем топологияларини ортак бир хесап ортамында салыштырууйы колайлаштырмактадыр. Анжак чыныгы донанымдаки басым жоготуулары, кысми йүк жанарим дегишимлери, жылуулук алмаштыргыч сонлу динамиклери жана эки фазалуу агым чечимсызлыклары модельде йер алмамактадыр.

Енержи, эксергия жана компакттуулук ханги көрсөткүчлерле бааланган?

Ысыл жанарим

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

Нет электр өндүрүшүнин жалпы жылуулук киришие катышыдыр.

Муздатуу перформанс катсайысы

Буу кысуу чеврим үчүн:

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

абсорбция цикли үчүн:

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

колдонулган. Эжекторлү чевримин COP диагнозмы, түм системе жанармененн ысыйа дайанмактадыр. Ошондуктан VCR, ERC жана AR үчүн жанармененн COP маанилери ар башка сүрүжү енержи бичимлерине дайаныр; түздөн-түз ошол эле физикалык гирдинин катыштары катары окунмамалыдыр.

Эксергия жанарими

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

Елкошумчатригин жана муздатуунын кулланылабилир енержи нителигини бирге өлчмкошумчатедир. Муздатуу ысысынын тамамы елкошумчатрикле ошол эле нителикте кабул едилмез; температура деңгээлине бторлы эксергияси кулланылмактадыр.

Енержи кулланым фактөрү

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

Топлам ысыл гирдинин елкошумчатрик жана файдалы муздатуу катары не кадар маанилендирилдигини гөстерир. EUF, енержи миктарыны өлчер; енержи калитесини эксергия натыйжалуулугу кадар айрынтылы айырмаз.

Өзгүл радиатор аянты

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

Бир кW жалпы файдалы чыкыш башына геркошумчаен радиатор аянтыдыр.

Өзгүл жылуулук алмаштыргыч тармакы

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

Системдкошумчаи бүтүн жылуулук алмаштыргычтарнин жалпы тармакыны файдалы чыкыша катышлар.

Түрбин чыкышы көлөмдүк агымси

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

Акышканын турбина чыкышындаки массалык агымси менен өзгүл хажминин чарпымыдыр. Бүйүк VFR; даха гениш турбина сон кадемеси, егзоз каналы жана бору чапы геркошумчатирир.

Ортак тасарым сынырлары нелердир?

CO₂ чевримлеринин 823 К, органик чевримлерин 573 К үст температурата маанилендирилмеси изилдөө жумушчу суюктукларынын термал туруктуулык сынырларына дайандырылмыштыр. Бу сечим инженерия бакымындан маанилүүдыр; бирок системлер ошол эле үст температурата каршылаштырылмадыгындан жогорку температуратаки CO₂ чевримлеринин эксергия авантажында изин жанармененн температура деңгээли де рол ойнамактадыр.

Алты органик жумушчу суюктук насыл таранмыштыр?

ORC табанлы системлер үчүн Р245фа, Р123, Р1233зд, толуол, бутан жана Р600а бааланган. Айны жумушчу суюктукын бүтүн байланыш түрлеринде ен ийи олмадыгы гөрүлмүш жана хер систем үчүн айры сечим критерийү колдонулган.

ORC–VCR үчүн Р600а неден сечилмиштир?

ORC–VCR’де негизги суроон турбина чыкышындаки көлөмдүк агым жана йогушма басынжыдыр. Толуен ен жогорку нет гүже жана төмөн радиатор аянтына улашмасына ртормен 280 К’де болжол менен 1,3 кПа йогушма басынжы жана 4500 Л/с турбина чыгышындагы көлөмдүк агым үретмиштир. Бу маани Р600а’нын болжол менен 80 катыдыр жана турбина менен егзоз хаттыны бүйүтмкошумчатедир.

Бүтан термодинамик катары Р600а’дан бираз даха ийи олмакла бирге болжол менен 78 Л/с көлөмдүк агымйе жана 105 кПа доймушлук басынжына сахиптир. Р600а болжол менен 55 Л/с көлөмдүк агым, 185 кПа позитиф басым жана бутандан йалнызжа йүзде 3,2 даха төмөн муздатуу кубаттуулугу сторламыштыр. Ошондуктан Р600а, термодинамик перформанс менен жабдык компакттуулугу арасында ен денгели сеченкошумча катары белирленмиштир.

ORC–ERC үчүн Р1233зд неден сечилмиштир?

Эжекторлү системде жумушчу суюктукын йалнызжа турбина перформансы дегил, сопло чыкышындаки хыз, сес хызы, шок жоготуулары жана экинчи агымы сүрүклеме кубаттуулукси де маанилүү.

Р123 йүзде 48,1, Р1233зд исе йүзде 47,3 эксергия натыйжалуулугуне улашмыштыр. Р123 бираз даха жогорку муздатуу жана гүч үретмесине ртормен турбина чыгышындагы көлөмдүк агым Р1233зд’ден йүзде 30,6 даха жогоркутир. Р1233зд’нин сопло кеңейүүсиндкошумчаи уйгун давранышы жана даха төмөн изэнтропияк үссү, туруктуу сүперсоник акыш менен даха ийи сүйрөө катышы сторламыштыр. Ошондуктан кичине перформанс кайбы каршылыгында даха компакт Р1233зд сечилмиштир.

ORC–AR үчүн Р1233зд неден сечилмиштир?

Абсорпсийон чевриминин аммиак айырабилмеси үчүн ORC’нин 370 К живарында йогушмасы керек. Толуен бу температурата жогорку нет гүч үретмесине каршын болжол менен 67,5 кПа йогушма басынжы жана 1170 Л/с көлөмдүк агым олуштурмуштур.

Бүтан 2,25 MPa, Р600а исе 2,71 MPa йогушма басынжына улашарак бору жана жылуулук алмаштыргыч дувар калынлыгыны артырмактадыр. Р1233зд болжол менен 1,17 MPa йогушма басынжы, орта деңгээл көлөмдүк агым жана Р245фа’дан 7,8 кW даха фазла вал гүжү сторламыштыр. Ошондуктан ысыл байланышлы ORC–AR системи үчүн де Р1233зд сечилмиштир.

Модел текшерүүсы насыл йапылмыштыр?

Йеди системин бүтүнлбосого йапысы экспериментле ырасталган эмес. Бунун йерине гүч жана муздатуу алт модельлери, йайымланмыш көз карандысыз хесапламаларын изилдөө нокталарыйла салыштырылган.

29. сайфадаки текшерүү графиклеринде мевжут модельин литератүр ийрилерини йакын бичимде изледиги гөрүлмкошумчатедир. Бу салыштыруулар темел термодинамик денклемлерин макул сонуч жанардигини колдойт. Ошону менен бирге текшерүү ар башка ресурстардан алынмыш айры алт системлере аиттир; йеди бирлбосого конфигүрасйонун тамамыны, Ай радиаторүнү жана офф-десигн контрол мкошумчаанизмасыны бирге текшерүүмактадыр.

Тасарым ноктасында ханги системлер өне чыкмыштыр?

100 К эквивалент жылуулук кабылдагыч температурасы жана 100 кW жылуулук киришите үч ар башка үстүнлүк ортайа чыкмыштыр.

Сйс 1: ORC–VCR

• Ен жогорку муздатуу кубаттуулугу
• EUF: %73,2
• COP: 6,30
• Йашам десткошумча жана кабин муздатуусынын баскын олдугу тапшырмалер үчүн гүчлү дизайн чекити

Р600а’нын жогорку жашыруун жылуулуксы жана сывы насоссынын төмөн енержи түкетими, төмөн йогушма сыжаклыгында гүчлү перформанс сторламыштыр.

Сйс 2: tRC–VCR

• Эксергия жанарими: %56,5 менен ен жогорку маани
• Тасарым ноктасы EUF: болжол менен %65,2
• Йүкскошумча тыгыздыклу CO₂ неденийле боюнчаже компакт турбина жана жылуулук алмаштыргычтар

Транскритикалык ысы алма мөөнөтжинде жумушчу суюктук сыжаклыгынын мөөнөткли дегишмеси, күн коллекторунүн ысы быракма ийрисийле даха ийи температура ешлешмеси олуштурмуш жана эксергия йыкымыны азалтмыштыр.

Сйс 3: ORC–ERC

• Нет елкошумчатрик гүжү: 18,9 кW менен ен жогорку маани
• COP: йалнызжа 0,52
• Ен басит систем йапысы
• Ен төмөн өздүк жылуулук алмаштыргыч аянты

Компресөр булунмадыгындан турбина ишинин чоң бөлүмү нет елкошумчатриге дөнүшмкошумчатедир. Буна каршылык эжектордкошумчаи шок, карышым жана импульс актарымы жоготуулары муздатуу перформансыны сынырламактадыр.

Абсорпсийон системлери неден еленмиштир?

Сйс 5–7, кубат циклинин калдык жылуулуксыны кулланарак өздүк радиатор аянтыны 8,9–9,3 м²/кW аралыгына дүшүрмүштүр. Буна каршылык генератор, абсорбер, эритме жылуулук алмаштыргычы жана ректификациялоочу неденийле өзгүл жалпы жылуулук алмаштыргыч тармаклары 25,5–28,0 м²/кW’а йүкселмиштир.

Изилдөө, төмөн радиатор аянтына ртормен жалпы жылуулук алмаштыргыч аянтындаки өсүүын Ай’а ташылуучу күтле жана хажим бакымындан кабул едмененмез олабмененжегини маанилендирмиштир. Сйс 4 исе ики компрессорлү кармашык йапысы жана Сйс 1–3’тен даха жогорку тармак ихтийажы неденийле еленмиштир.

Ай күндүзү офф-десигн анализи насыл йапылмыштыр?

Ай күндүзү 14,8 Жер гүнлүк бир мөөнөтч катары чок сайыда туруктуу изилдөө ноктасына бөлүнгөн. Бу йаклашым “жарым туруктуу” анализдир: Хер температура ноктасы көз карандысыз бир туруктуу абал катары чөзүлмүш, сыжаклыгын убакыта бторлы дегишиминден ресурсланан чыныгы өтүү динамикасы модельленмсоруутир.

Фаз дегишимли ысыл сактоо бириминин Гүнеш нурланууындаки дегишими йумушаттыгы жана бүтүн гүнтегиз бойунжа кубат циклине 100 кW туруктуу жылуулук жанардиги кабул едилмиштир. Бөйлеже систем перформансындаки дегишимин есас катары Т_с йүкселишинден ресурсландыгы варсайылмыштыр.

Сйс 1 Ай түшүнде неден жидди перформанс кайбетмиштир?

Р600а, критикалык нокдиагнозн астындаки доймушлук аймаксинде изилдөөктадыр. Бу аймакде йогушма сыжаклыгы жана йогушма басынжы бирбирине бторлыдыр. Т_с йүкселдигинде радиатор сыжаклыгы жана Р600а йогушма басынжы хызла артмактадыр.

Йүкселен турбина чыгуу басымы:

• Түрбин басым катышыны азалтыр.
• Түрбинден елде едмененн энтальпия дүшүшүнү күчүлтүр.
• Компресөрүн изилдөөсы үчүн геркошумчаен басынжы йүкселтир.
• Түрбин гириш сыжаклыгы жумушчу суюктукын туруктуулык сынырыйла чектөөландыгы үчүн телафи едмененмез.

Натыйжата Сйс 1’ин EUF маании Т_с = 100 К’де йүзде 73,2 икен 325 К’де йүзде 37,3’е дүшмүштүр. Изилдөө буну болжол менен йүзде 49 перформанс бозулмасы катары жанармкошумчатедир.

Сйс 3’үн муздатуусы неден тамамен дурмуштур?

Т_с йүкселдикче эжекторүн чыкышындаки арткы басым артмактадыр. Гери басым катышы критикалык маании кечтигинде аралашуу камерасындаки нормалдуу сокку толкуну сопло богазына догру мененрлер. Нозул чыкышында экинчи агымы чкошумчаен төмөн басым аймакси кайболур.

Т_с 309 К’йи аштыгында:

• Икинжил согутужу акышын евалмеси дурмуштур.
• Муздатуу кубаттуулукси сыфыра инмиштир.
• Систем зайыф елкошумчатрик үретен көз карандысыз бир ORC’йе дөнүшмүштүр.
• EUF болжол менен йүзде 11,2’йе дүшмүштүр.

Сйс 3 айрыжа 40 кW’ын астындаки жылуулук киришите йетерли негизги агым басынжы олуштурамадыгы үчүн эжекторү чалыштырамамыштыр.

Сйс 2 неден даха дайаныклыдыр?

Транскритикалык CO₂ чевриминде температура менен басым, органик жумушчу суюктукын доймушлук ийрисиндкошумчаи кадар каты бичимде бторлы дегилдир. Систем, радиатор кошулу дегиштигинде турбина чыгуу басымыны жана насос аражылыгыйла турбина гириш басынжыны көз карандысыз катары түзүлүшлейебилир.

Хер Т_с маании үчүн EUF’нин турбина чыгуу басымына боюнча бир максимуму бар:

• Т_с = 150 К’де оптимум чыгуу басымы болжол менен 7,0 MPa’дыр.
• Т_с = 280 К’де оптимум чыгуу басымы болжол менен 9,0 MPa’йа йүкселир.
• Т_с = 325 К’де оптимум чыгуу басымы болжол менен 11,2 MPa’дыр.

Дүшүк Т_с кошулунда CO₂ радиатор чыкышында жогорку тыгыздыклу сывы бензери абалдадыр жана төмөн чыгуу басымы насос түкетимини сынырламактадыр. Т_с йүкселдигинде төмөн басымта CO₂ газ бензери хâле гелир, өздүк көлөм жана насос түкетими артар. Чыкыш басынжынын йүкселтилмеси жумушчу суюктук йогунлугуну артырарак насоснын ишини сынырлар.

Чифт басым жөнгө салуу мкошумчаанизмасы недир?

Изилдөөнын 47. сайфасындаки Фигура 16, Ай күндүзү бойунжа ики басынжын бирге дегиштирилдигини көрсөтөт:

• Түрбин гириш басынжы болжол менен 19,5 MPa’дан 30 MPa’йа чыкар.
• Түрбин чыгуу басымы болжол менен 6,5 MPa’дан 11,2 MPa’йа чыкар.

Чыкыш басынжынын артырылмасы CO₂ йогунлугуну йүкселтип насос түкетимини контрол едэрте, гириш басынжынын артырылмасы турбина мурункундкошумчаи басым потенциалыни бүйүтүр. Бөйлеже чыгуу басымынын йүкселмеси неденийле кайбедмененн кеңейүү катышынын бир бөлүмү гери казанылыр.

Т_с 90 К’ден 325 К’йе йүкселиркен:

Помпа жана компрессор түкетимлери белиргин бичимде йүкселсе де турбина гүжүндкошумчаи өсүү бу йүклерин чоң бөлүмүнү каршыламыштыр. Ошондуктан нет гүч жана муздатуу тамамен чөкмсоруутир.

Гөрев йүкү дегиштигинде ханги систем даха еснкошумчатир?

Изилдөө, муздатуу кубаттуулугунин нет елкошумчатрик гүжүне катышыны шу фигураде диагнозмламыштыр:

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

Дүшүк CPR электр артыкчылыктуу, жогорку CPR исе муздатуу артыкчылыктуу миссия режимину туюнтат.

Сйс 2’нин CPR аралыгы Сйс 1’ин болжол менен 1,9 катыдыр. Сйс 3’үн туруктуу сопло геометриси, ана жана еммененн акыш арасындаки импульс актарымыны дар бир изилдөө ноктасына бторламактадыр.

Изилдөөнын ен гүчлү натыйжалары нелердир?

• Йеди бирлбосого гүч–муздатуу топологиясини ошол эле Ай сыныр кошулларында салыштырууктадыр.
• Изилдөө жумушчу суюктукы сечимини йалнызжа чеврим жанаримине дегил, турбина көлөмдүк агымсине, басынжа жана кошумчаипман тармакына бторламактадыр.
• Хер байланыш мкошумчаанизмасы үчүн ар башка жумушчу суюктук сечилмеси геркошумчатигини көрсөтөт.
• Термодинамик перформанс менен радиатор жана жылуулук алмаштыргыч тармакыны бирге маанилендирмкошумчатедир.
• Алт систем модельлерини йайымланмыш натыйжаларла каршылаштырарак йүзде 0,052–3,57 аралыгында сапмалар билдирмкошумчатедир.
• Тасарым ноктасында үстүн гөрүнен ORC–VCR системинин жогорку Т_с астында жидди бичимде зайыфладыгыны көрсөтөт.
• Эжекторлү системин 309 К үстүндөки физикалык изилдөө сынырыны ачыкча ортайа коймактадыр.
• Транскритикалык CO₂ системиндкошумчаи чифт басым жөнгө салуу мкошумчаанизмасыны басым, гүч жана муздатуу ийрилерийле ачыкламактадыр.
• Йалнызжа ен жогорку жанаримли системи дегил, Ай күндүзү бойунжа ен дайаныклы системи сечмкошумчатедир.

Изилдөөнын башлыжа чектөөлөры нелердир?

• Изилдөө рецензиядан өтө элек бир препринттир.
• Натыйжалар экспериментсел прототип, жабдык цикл тести же Ай тапшырмаи жанарисийле ырасталган эмес.
• Йары туруктуу анализ, температура жана басым кечишлеринин чыныгы убакыта бторлы динамиклерини ичермемкошумчатедир.
• Контрол алгоритмсынын сенсорлери, клапанлери, актуаторлери, кечигүүлери жана туруктуулыгы модельленмсоруутир.
• Ысы жоготуулары жана бору басым дүшүмлери ихмал едилмиштир.
• Түрбин, компрессор жана насосларын изентропиялык натыйжалуулуклери бүтүн изилдөө аралыгында туруктуу кабул едилмиштир.
• Ысы жылуулук алмаштыргычтаринин анлык жана йетерли жылуулук өткөрүү сторладыгы варсайылмыштыр.
• Герчкошумча донаным күтлеси хесапланмамыш; SRA жана SHEA аянт негизиндеги жанакил көрсөткүчлер катары колдонулган.
• Дувар калынлыгы, малземе йогунлугу, турбина күтлеси, насос күтлеси, борулама жана йапысал десткошумчалер жалпы систем күтлесине дөнүштүрүлмсоруутир.
• Фаз дегишимли ысыл сактоонын гүнтегиз бойунжа 100 кW туруктуу гириш сторладыгы кабул едилмиш; сактоо малземеси, кубаттуулукси, жанарими жана күтлеси бойутландырылмамыштыр.
• Изилдөөнын ана офф-десигн анализи Ай түнүни камтууамактадыр.
• Ай чаңынун радиатор согурма жана йайма өзелликлерини убакытла дегиштирмеси хесаба катылмамыштыр.
• Узай радиацияу, жумушчу суюктук бозунмасы, агып чыгуу, герметикалуулук жана узун мөөнөтли материал шайкештиги инжеленмсоруутир.
• Ики фазлы акышларын төмөн йер чкошумчаиминдкошумчаи айрышмасы, май багытетими жана сывы дторылымы айрынтылы катары модельленмсоруутир.
• Эжектор үчүн бир өлчөмдүү туруктуу басымдагы аралашуу модельи кулланылмыш; үч бойутлу шок йапысы жана вискоз жоготуулар чөзүлмсоруутир.
• NH₃–Х₂О чевриминде идеал догрултма кабул едилмиштир.
• Термодинамик өзелликлерин ханги йазылым же жанари табанындан алындыгы ачыкча белиртилмсоруутир.
• Параметре белирсизлиги, сезгичтик анализи же Монте Жарло белирсизлик йайылымы сунушталган эмес.
• COP диагнозмлары ар башка сүрүжү енержи бичимлерине дайандыгындан VCR, ERC жана AR маанилери тамамен ешмаани көрсөткүчлер дегилдир.
• ORC менен CO₂ чевримлеринин азами температуралары ар башкадыр; бу абал эксергия салыштыруусыны аракетлейебилир.

Изилдөө эмнени колдойт?

• Ай базасы гүч жана муздатуу системлеринин ортак энергия чынжыры үчүнде тасарланмасынын файдалы олабмененжегини колдойт.
• Дүшүк радиатор сыныр сыжаклыгында ORC–VCR системинин жогорку муздатуу перформансы сторлайабилдигини көрсөтөт.
• Эжекторлү ORC системинин аз харкошумчаетли парчайла жогорку нет елкошумчатрик үретебилдигини көрсөтөт.
• Транскритикалык CO₂ чевриминин гениш температура аралыгында актиф басым жөнгө салуусине уйгун олдугуну көрсөтөт.
• Тасарым ноктасындаки ен жогорку перформансын, бүтүн Ай күндүзүндкошумчаи ен дайаныклы тасарым анламына гелмедигини көрсөтөт.
• Р600а’нын мкошумчааник байланышлы ORC–VCR үчүн, Р1233зд’нин эжекторлуу жана ысыл байланышлы ORC системлери үчүн даха денгели сеченкошумчалер олдугуну көрсөтөт.
• Абсорпсийон системлеринин радиатор аянтыны азалтыркен жалпы жылуулук алмаштыргыч тармакыны бүйүтебилдигини көрсөтөт.
• Сйс 2’нин 90–325 К аралыгында мөөнөткли елкошумчатрик жана муздатуу сторлайабилдигини гөстерен сандык натыйжалар сунмактадыр.

Изилдөө эмнени далилдебейт?

• tRC–VCR системинин чыныгы бир Ай базасынде так катары ен төмөн жалпы күтлейе сахип олажторыны далилдебейт.
• Өнермененн чифт басым контролүнүн чыныгы донанымда туруктуу жана гүжананилир чалышажторыны гөстермемкошумчатедир.
• Фаз дегишимли сактоонын Ай күндүзү бойунжа 100 кW туруктуу жылуулукйы кабул едмененбилир күтлейле сторлайабмененжегини далилдебейт.
• Ай түнүнде тактисиз изилдөөйы гөстермемкошумчатедир.
• Радйатөрлерин Ай чаңы, бет йашланмасы жана микрометеорит аракетлери астында ошол эле перформансы коруйажторыны гөстермемкошумчатедир.
• Р600а жана Р1233зд’нин узун мөөнөтли узай ортамы гүжананлигини экспериментсел катары текшерүүмактадыр.
• Эжекторүн 309 К сынырынын бүтүн геометрмененр жана масштаблер үчүн дегишмез олдугуну гөстермемкошумчатедир.
• Алан көрсөткүчлеринин түздөн-түз чыныгы систем күтлеси же фырлатма чыгымине ешит олдугуну гөстермемкошумчатедир.
• Алт систем текшерүүларынын бүтүнлбосого Ай базасы системини экспериментсел катары догруладыгы дегенди билдирбейт.

Түркия жагынан билимсел жана инженерия маании недир?

Изилдөө Түркиядаки узай системлери, термодинамикалык цикллер, радйатиф ысы контролү жана кичине модульер енержи системлери изилдөөлары үчүн колдонууга мүмкүн бир ыкма алкакси сунмактадыр. Ай базасы өзелинде гелиштирмененн салыштыруу йаклашымы; жогорку иртифа платформлары, уйдулар, терең космос арачлары, кутуп изилдөө истасйонлары жана шебкошумчаеден көз карандысыз енержи–муздатуу системлери үчүн де уйарланабилир.

Ен өнемли ыкмасел дерс, бир системи йалнызжа дизайн чекитиндаки жанаримле сечменин йетерли олмадыгыдыр. Түркияда гелиштирмененжкошумча узай донанымларында да жумушчу суюктук, кысми йүк давранышы, температура сынырлары, радиатор аянты, кошумчаипман хажми жана контрол еснкошумчалиги ошол эле оптималдаштыруу үчүнде маанилендирилмелидир.

Изилдөөнүн методу жана жыйынтыктары

Изилдөөнын ыкма акышы

Изилдөө жумушчу суюктукы сечим натыйжалары

Тасарым ноктасы салыштыруусынын өзети

Ай күндүзү офф-десигн натыйжалары

Нихаи систем сечими

Изилдөөнын кенди маанилендирме критерийлери астында Сйс 2, йани транскритикалык CO₂ Ранкине цикли менен буу кысуу муздатуусунын мкошумчааник катары бторландыгы систем, Ай күндүзү үчүн тержих едмененн конфигүрасйондур.

Бу сечим дизайн чекитиндаки ен жогорку EUF’йе дегил, ашторыдаки бирлбосого өзелликлере дайанмактадыр:

• 90–325 К аралыгында тактисиз изилдөө,
• 325 К’де йүзде 58,5 EUF,
• 47,5 кW муздатуу кубаттуулугунин корунмасы,
• 0,1–4,5 арасында миссия жүгү жөнгө салуу аралыгы,
• жогорку эксергия натыйжалуулугу,
• CO₂’нин жогорку йогунлугундан ресурсланан жабдык компакттуулугу,
• турбина гириш жана чыкыш басымларынын айры айры айарланабилмеси.

Бу сонуч, чыныгы бир Ай базасы системинин так сечими катары дегил, изилдөөнын идеализе термодинамик сынырлары жана аянт негизиндеги компакттуулук көрсөткүчлери үчүндкошумчаи ен уйгун адай катары маанилендирилмелидир.

Булак жана метод эскертмеси

Изилдөөнын там өзгүн ады:Жонфигуратион Сележтион анд Лунар Дайтиме Офф-десигн Евалуатион оф Поwер Генератион-Рефригератион Жоуплед Сйстемс фор Лунар Басес

Авторлор жана сыралама: Зхижие Лиу, Жонг Wанг, Леи Ланг, Жианг Qин жана Пенгхао Дуан.

Еш биринчи йазар: Еш каткы же еш биринчи йазарлык билгиси белиртилмсоруутир.

Жооптуу автор: Жонг Wанг. Изилдөөда менентишим адреси congwang@hit.edu.cn катары жанарилмиштир.

Мекемесал байланышлар:

• Зхижие Лиу, Жонг Wанг жана Леи Ланг: Сжхоол оф Енергй Сжиенже анд Енгинееринг, Харбин Ынституте оф Тежхнологй, Харбин 150001, Кытай.
• Жианг Qин: Харбин Ынституте оф Тежхнологй; Сжхоол оф Поwер анд Енергй, Нанжханг Хангконг Унижанарситй; Жхонгqинг Ресеаржх Ынституте, Харбин Ынституте оф Тежхнологй.
• Пенгхао Дуан: Департмент оф Межханижал Енгинееринг, Унижанарситй оф Хонг Конг, Хонг Конг, Кытай.

DOI:10.2139/ссрн.6985295.

Журнал: Изилдөөнын хакемли бир дергиде йайымландыгы ырасталган эмес.

Жарыялоо платформасы: SSRN.

Өзгүн йайыневи: Хакемли акыркы бир йайыневи жок. SSRN кайды эрте изилдөө/препринт платформ кайдыдыр.

Жарыялоо жылы: 2026. Инжеленен текстде так бир йайымланма гүнү белиртилмемкошумчатедир.

Булак түрү: Термодинамик систем модельлемеси, алт систем текшерүүсы, жумушчу суюктук тарамасы, параметрик салыштыруу жана жарым туруктуу офф-десигн анализ ичерен инженерия препринти.

Рецензия абалы: Изилдөө рецензиядан өтө электир. Хер сайфада “Препринт эскертме пеер ревиеwед” эскертүүсы бар.

Ресмî йайын байланышсы:SSRN изилдөө кайды.

Каржылоо: Изилдөө, YE Qисун’ Сжиенже Фоундатион У2341276 нумаралы проже менен Кытай Улусал Дога Билимлери Вакфынын 52406010 нумаралы програм дестегини билдирмкошумчатедир.

Бу Түркче ачыклама; изилдөөнын бүтүн метни, денклемлери, систем шемалары, жумушчу суюктук таблицалары, текшерүү графиклери, дизайн чекити салыштыруулары, Ай күндүзү перформанс ийрилери, изилдөө зарфлары, чифт басым жөнгө салуу натыйжалары жана ресурсчасы баштан сона инжеленеркошумча хазырланмыштыр. Билимсел натыйжалара дыш ресурстардан йени булгу кошумчаленмсоруутир. Дыш текшерүү йалнызжа башлык, авторлор, DOI жана SSRN кайыт кимлигинин контролү амажыйла колдонулган.

Изилдөө, чыныгы донаным тестлери йерине догруланмыш алт систем модельлери жана сандык симуляциялара дайанмактадыр. Басынч дүшүмлери, ысы жоготуулары, өтүү динамикасы, чыныгы контрол донанымы, Ай чаңы, радиация, микро тартылуунде эки фазалуу агым жана фаза алмашуучу сактоонын күтлеси хесапланмамыштыр. SRA жана SHEA маанилери чыныгы систем күтлесинин түздөн-түз өлчөөү дегил, тармак темелли компакттуулук көрсөткүчлеридир. Ошондуктан tRC–VCR сонужу, Ай базасынде саха текшерүүсы йапылмыш акыркы чөзүм дегил, кийинки прототип жана донаным дөнгүсү изилдөөларына мурунлик жанарилмеси өнермененн сандык адайдыр.