Uzoq muddatli Oy bazasida faqat elektr energiyasi ishlab chiqarish yetarli emas. Hayotni ta’minlash bloklari, ilmiy asboblar, elektron tizimlar va nozik ish hududlari uchun uzluksiz sovitish ham talab etiladi. Yerdagi inshootlardan farqli ravishda Oy yuzasida atmosfera bo‘lmagani sababli chiqindi issiqlikni havo yoki suv bilan olib ketib bo‘lmaydi; u faqat radiatorlar orqali fazoga nurlantirilishi mumkin. Bundan tashqari, radiator duch keladigan ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit harorati Oy kunduzi davomida taxminan 90 K dan 325 K gacha o‘zgarishi mumkin. Bunday keng oraliq past haroratda juda samarali ishlaydigan siklning Oy tushida unumdorligini yo‘qotishiga yoki sovitishni butunlay to‘xtatishiga olib kelishi mumkin.

Tadqiqotchilar ushbu muammo uchun quvvat ishlab chiqarish va sovitishni bitta energiya zanjirida birlashtiradigan yetti tizim ishlab chiqqan. Tizimlar organik Rankine sikli, transkritik CO₂ Rankine sikli va yopiq Brayton siklining bug‘ni siqish, ejektorli yoki absorbsion sovitish sikllari bilan turlicha juftlanishiga asoslangan. Taqqoslash faqat elektr va sovitish miqdori bilan cheklanmagan; eksergiya samaradorligi, energiyadan foydalanish omili, sovitish samaradorlik koeffitsiyenti, radiator maydoni, issiqlik almashgich maydoni va turbina chiqishidagi hajmiy sarf ham baholangan.

100 kW issiqlik kirishi va 100 K ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit haroratidagi loyihaviy nuqtada R600a ishlatadigan organik Rankine–bug‘ni siqish sovitish tizimi foiz 73,2 energiyadan foydalanish omili va 6,30 sovitish samaradorlik koeffitsiyenti bilan sovitishga yo‘naltirilgan eng yuqori natijani bergan. Organik Rankine–ejektorli sovitish tizimi 18,9 kW bilan eng yuqori sof elektr ishlab chiqarishga va eng sodda tuzilishga erishgan. Transkritik CO₂ Rankine–bug‘ni siqish tizimi esa foiz 56,5 bilan eng yuqori eksergiya samaradorligini ta’minlagan.

Loyihaviy nuqta natijalari yakuniy tanlovni yolg‘iz o‘zi belgilamagan. Oy kunduzidagi 90–325 K harorat o‘zgarishida organik Rankine–bug‘ni siqish tizimining energiyadan foydalanish omili yuqori haroratda foiz 37,3 gacha tushgan. Ejektorli tizimda ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit harorati 309 K dan oshganda ejektorning so‘rishi tugagan va sovitish quvvati nolga tushgan. Transkritik CO₂ tizimi esa turbina kirish va chiqish bosimlarini birgalikda oshirib, 325 K da foiz 58,5 energiyadan foydalanish omilini va 47,5 kW sovitish quvvatini saqlagan. Shu sababli tadqiqot Oy kunduzi davomida eng chidamli texnik yo‘l sifatida transkritik CO₂ Rankine–bug‘ni siqish tizimini tanlaydi.

Natijalar haqiqiy Oy bazasi prototipidan emas, termodinamik modellar va yarim barqaror simulyatsiyalardan olingan. Issiqlik yo‘qotishlari, bosim pasayishlari, uskuna o‘tish dinamikasi, Oy changi, radiatsion shikastlanish va mikrogravitatsiyada ikki fazali oqim tafsilotlari hisobga olinmagan. Faza o‘zgaruvchan issiqlik saqlash qurilmasi kirish issiqligini 100 kW da barqaror ushlab turadi deb faraz qilingan, ammo ushbu saqlash tizimining massasi va sig‘imi alohida o‘lchamlanmagan.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Oy bazasida energiya ishlab chiqarish va issiqlik boshqaruvi bir-biridan mustaqil loyihalansa, ikki muhim muammo yuzaga keladi. Birinchisi, quvvat siklidan chiqadigan foydalanishga yaroqli haroratdagi chiqindi issiqlik bevosita fazoga chiqarilib, energiya salohiyatining bir qismi yo‘qotiladi. Ikkinchisi, sovitish tizimi alohida elektr yukini hosil qiladi va quvvat ishlab chiqarish tizimi o‘rnatilishi kerak bo‘lgan quvvatni kattalashtiradi.

Ushbu tadqiqotning maqsadi quvvat ishlab chiqarish siklidan chiqadigan mexanik ish, bosim salohiyati yoki chiqindi issiqlikni to‘g‘ridan-to‘g‘ri sovitish sikliga uzatib, bosqichma-bosqich energiyadan foydalanishni ta’minlashdir. Tadqiqotning uchta asosiy savoli mavjud:

• Oy sharoitida qaysi quvvat ishlab chiqarish–sovitish juftligi loyihaviy nuqtada eng yuqori samaradorlikni beradi?
• Turli ulanish mexanizmlari uchun qaysi ishchi suyuqlik termodinamik samaradorlik va uskunaning ixchamligi o‘rtasida eng yaxshi muvozanatni ta’minlaydi?
• Tanlangan tizimlar Oy kunduzi davomida radiator chegaraviy harorati 90 K dan 325 K gacha ko‘tarilganda sovitish va elektr ishlab chiqarishni qay darajada saqlab qola oladi?

Oy muhiti nega Yerdagi energiya tizimlaridan farq qiladi?

Oy yuzasidagi yuqori vakuum konvektiv issiqlik uzatishni yo‘q qiladi. Tizim ishlab chiqargan chiqindi issiqlik asosan infraqizil nurlanish orqali chuqur fazoga chiqarilishi kerak. Radiator maydoni quyidagi asosiy munosabat bo‘yicha belgilanadi:

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

• A_rad: Zarur radiator maydoni bo‘lib, m² da ifodalanadi.
• Q_rad: Radiator fazoga chiqarishi kerak bo‘lgan issiqlik bo‘lib, kW da ifodalanadi.
• ε: Radiator sirtining infraqizil emissiya koeffitsiyenti.
• σ: Stefan–Boltzmann doimiysi; 5,6704 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴).
• T_rad,avg: Radiatorning o‘rtacha sirt harorati.
• T_s: Radiator duch keladigan ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit harorati.

T_s oshganda T_rad,avg⁴ − T_s⁴ farqi kamayadi. Bir xil issiqlikni chiqarish uchun radiator maydonini yoki radiatorning ish haroratini oshirish kerak. Shu sababli Oy tush payti nafaqat issiq sirt tufayli, balki radiatorning sof nurlanish imkoniyatini kamaytirgani uchun ham tizimlar uchun eng og‘ir ish sharoitidir.

Ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit harorati qanday hisoblangan?

Model Oy sirtidan keladigan infraqizil nurlanish, to‘g‘ridan-to‘g‘ri Quyosh nurlanishi, Oy sirtidan qaytgan Quyosh nuri va chuqur fazo fonini bitta ekvivalent haroratga birlashtiradi:

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

• F₁: Radiatorning Oy sirtiga ko‘rish omili.
• T_m: Oy sirtining harorati.
• G_s: Oy orbitasidagi Quyosh doimiysi; tadqiqotda 1367 W/m² ishlatilgan.
• α_s: Radiatorning Quyosh nurlanishini yutish koeffitsiyenti.
• θ₁: Quyosh zenit burchagi.
• a: Oy sirtining albedosi; asosiy hisobda 0,07 olingan.
• T_space: Chuqur fazo fon harorati.

Radiator chuqur fazoga qaragan gorizontal sirt sifatida tanlangan va uning Oy sirtiga ko‘rish omilini imkon qadar kamaytirish maqsad qilingan. Tadqiqotning 15. sahifasidagi grafik 29,5 Yer kuni davom etadigan sinodik siklda sirt harorati kunduz taxminan sinusoidal tarzda ko‘tarilishini, 14,75-chi Yer kunidan keyin Oy tunida taxminan 90–100 K darajasiga tushishini ko‘rsatadi.

Oy kunduzgi sirt harorati uchun ishlatilgan yaqinlashuv:

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

ko‘rinishidadir. D_a Yer kuni birligidagi Oy vaqtidir. Loyihadan tashqari tahlilda radiatorning ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit harorati quyosh chiqishi va botishi atrofida 90 K, Oy tushida esa 325 K sifatida qo‘llangan.

Yetti birlashtirilgan tizim qanday tuzilgan?

Tadqiqotning 10. sahifasidagi 1-shakl yetti tizimning oqim sxemalarini bir jadvalda ko‘rsatadi. Tizimlar uch xil energiya ulanish mexanizmiga ajratilgan.

Mexanik val ulanishi qanday ishlaydi?

Sys 1 va Sys 2 da quvvat siklining turbinasi bilan bug‘ni siqish sovitish siklining kompressori bir xil mexanik valda joylashgan. Turbina ishlab chiqargan ishning bir qismi to‘g‘ridan-to‘g‘ri kompressorga uzatiladi; shu tariqa elektr ishlab chiqarish, dvigatel va yana mexanik ishga aylantirish bosqichlaridagi yo‘qotishlarning oldi olinadi.

Bu ulanishning afzalligi energiya uzatish yo‘lining qisqaligi va yuqori sovitish samaradorligidir. Kamchiligi esa turbina va kompressorning ish nuqtalarini bir xil val tezligi va quvvat muvozanatida moslashtirish zaruriyatidir. Radiator haroratining o‘zgarishi turbina orqa bosimi va kompressorning kondensatsiya bosimini bir vaqtda o‘zgartirgani uchun loyihadan tashqari boshqaruv kritik ahamiyat kasb etadi.

Suyuqlik–ish bilan bog‘langan ejektor tizimi qanday ishlaydi?

Sys 3 va Sys 4 da sovitish sikli mexanik kompressordan foydalanmaydi. Quvvat siklining yuqori bosimli suyuqligining bir qismi ejektorning asosiy oqimi sifatida soploga yuboriladi. Soplo ichida bosim energiyasi tezlikka aylantirilib, past bosimli hudud hosil qilinadi. Ushbu hudud evaporatordan keladigan ikkilamchi sovituvchi oqimni so‘radi.

Ejektorning so‘rish nisbati:

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

deb ta’riflanadi. Bu yerda ṁ_sf so‘rilgan ikkilamchi oqimning, ṁ_pf esa asosiy oqimning massaviy sarfidir.

Tadqiqot ejektorni soplo, so‘rish kamerasi, aralashish kamerasi va diffuzor deb to‘rt hududga bo‘ladigan bir o‘lchovli doimiy bosimli aralashish modeli bilan hisoblagan. Asosiy va ikkilamchi oqimlarning impulslari aralashish kamerasida birlashadi, diffuzorda tezlik bosimga aylantiriladi.

Harakatlanuvchi qismlar yo‘qligi ejektor tizimini changli va texnik xizmat imkoniyati cheklangan Oy muhiti uchun jozibador qiladi. Ammo ejektorning ishlashi ma’lum asosiy oqim bosimi va orqa bosim nisbatiga bog‘liq. Ushbu nisbat kritik chegaradan oshganda zarba to‘lqini soplo tomon siljiydi va ikkilamchi oqimning so‘rilishi to‘xtaydi.

Issiqlik bilan bog‘langan absorbsion tizimlar qanday ishlaydi?

Sys 5–7 kompressor o‘rniga NH₃–H₂O absorbsion siklidan foydalanadi. Quvvat siklidan chiqadigan issiq suyuqlik avval absorbsion sikl generatoriga kirib, ammiakning eritmadan ajralishini ta’minlaydi. Shu tariqa past sifatli chiqindi issiqlik sovitish ishlab chiqarishda ishlatiladi.

Bu yondashuv yuqori sifatli elektr yoki val ishining sarfini kamaytiradi va radiatorga yuboriladigan umumiy issiqlik yukini yuqoriroq haroratlarda birlashtirishi mumkin. Bunga qarshi generator, absorber, eritma issiqlik almashgichi, rektifikator, nasos va qo‘shimcha quvurlar talab etiladi. Tadqiqotdagi maydon hisoblari radiator kichrayishiga qaramay umumiy issiqlik almashgich maydoni jiddiy kattalashishini ko‘rsatgan.

Termodinamik komponentlar qanday modellashtirilgan?

Turbina quvvati:

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

kompressor sarfi:

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

va nasos sarfi:

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

orqali hisoblangan. Turbina, kompressor va nasoslar adiabatik deb qabul qilingan; asosiy taqqoslashda izentropik samaradorliklari 0,85 deb olingan.

Issiqlik almashgich uchun energiya balansi:

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

ko‘rinishidadir. Issiqlik uzatish fizik jihatdan mumkin bo‘lib qolishi uchun pinch nuqtasi harorat farqiga quyi chegara qo‘yilgan. Umumiy taqqoslashda 10 K, ayrim yechim tarmoqlarida esa kamida 5 K sharti ishlatilgan.

Modelning asosiy farazlari nimalar?

• Har bir ish nuqtasi barqaror holat sifatida yechilgan.
• Atrof-muhitga issiqlik yo‘qotishlari e’tiborsiz qoldirilgan.
• Quvur va komponentlardagi bosim pasayishlari e’tiborsiz qoldirilgan.
• Ejektor soplosidan tashqari kinetik va potensial energiya o‘zgarishlari e’tiborsiz qoldirilgan.
• Issiqlik almashgichlarda yetarli va oniy issiqlik uzatish mavjud deb qabul qilingan.
• Drossel klapanlari izentalpik deb qabul qilingan.
• Turbina, kompressor va nasoslarning izentropik samaradorliklari o‘zgarmas saqlangan.
• Turbina kengayishi namlik hosil bo‘lishining oldini olish uchun bo‘limlarga ajratib hisoblangan.
• NH₃–H₂O siklida ideal rektifikatsiya qabul qilingan va generatordan chiqadigan bug‘ sof to‘yingan ammiakka tenglashtirilgan.

Bu farazlar tizim topologiyalarini umumiy hisoblash muhitida taqqoslashni osonlashtiradi. Ammo haqiqiy uskunadagi bosim yo‘qotishlari, qisman yukdagi samaradorlik o‘zgarishlari, issiqlik almashgichlarning cheklangan dinamikasi va ikki fazali oqim beqarorliklari modelga kiritilmagan.

Energiya, eksergiya va ixchamlik qaysi ko‘rsatkichlar bilan baholangan?

Issiqlik samaradorligi

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

Sof elektr ishlab chiqarishning jami issiqlik kirishiga nisbatidir.

Sovitish samaradorlik koeffitsiyenti

Bug‘ni siqish sikli uchun:

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

absorbsion sikl uchun:

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

ishlatilgan. Ejektorli siklning COP ta’rifi butun tizimga berilgan issiqlikka asoslanadi. Shu sababli VCR, ERC va AR uchun berilgan COP qiymatlari turli harakatlantiruvchi energiya shakllariga asoslanadi; ular aynan bir fizik kirishning to‘g‘ridan-to‘g‘ri nisbatlari sifatida o‘qilmasligi kerak.

Eksergiya samaradorligi

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

Elektr va sovitishning foydalanish mumkin bo‘lgan energiya sifatini birgalikda o‘lchaydi. Sovitish issiqligining barchasi elektr bilan bir xil sifatda deb qabul qilinmaydi; uning harorat darajasiga bog‘liq eksergiyasi ishlatiladi.

Energiyadan foydalanish omili

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

Jami issiqlik kirishining qanchasi elektr va foydali sovitish sifatida o‘zlashtirilganini ko‘rsatadi. EUF energiya miqdorini o‘lchaydi; energiya sifatini eksergiya samaradorligi kabi batafsil ajratmaydi.

Solishtirma radiator maydoni

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

Har bir kW jami foydali chiqish uchun kerak bo‘ladigan radiator maydonidir.

Solishtirma issiqlik almashgich maydoni

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

Tizimdagi barcha issiqlik almashgichlarning umumiy maydonini foydali chiqishga nisbatlaydi.

Turbina chiqishidagi hajmiy sarf

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

Suyuqlikning turbina chiqishidagi massaviy sarfi bilan solishtirma hajmining ko‘paytmasidir. Katta VFR turbina oxirgi bosqichi, chiqarish kanali va quvur diametrining kattaroq bo‘lishini talab qiladi.

Umumiy loyihaviy chegaralar nimalar?

CO₂ sikllarining 823 K, organik sikllarning esa 573 K yuqori haroratda baholanishi ishchi suyuqliklarning termik barqarorlik chegaralariga asoslangan. Bu tanlov muhandislik nuqtai nazaridan ma’noli; ammo tizimlar bir xil yuqori haroratda taqqoslanmagani sabab yuqori haroratdagi CO₂ sikllarining eksergiya afzalligida ruxsat etilgan harorat darajasi ham rol o‘ynaydi.

Oltita organik ishchi suyuqlik qanday saralangan?

ORC asosidagi tizimlar uchun R245fa, R123, R1233zd, toluol, butan va R600a baholangan. Bitta suyuqlik barcha ulanish turlarida eng yaxshi emasligi aniqlangan va har bir tizim uchun alohida tanlash mezoni qo‘llangan.

ORC–VCR uchun nega R600a tanlangan?

ORC–VCR da asosiy muammo turbina chiqishidagi hajmiy sarf va kondensatsiya bosimidir. Toluol eng yuqori sof quvvat va past radiator maydoniga erishgan bo‘lsa-da, 280 K da taxminan 1,3 kPa kondensatsiya bosimi va 4500 L/s turbina chiqish hajmiy sarfini hosil qilgan. Bu qiymat R600a nikidan taxminan 80 baravar yuqori va turbina hamda chiqarish liniyasini kattalashtiradi.

Butan termodinamik jihatdan R600a dan bir oz yaxshiroq bo‘lsa-da, taxminan 78 L/s hajmiy sarf va 105 kPa to‘yinganlik bosimiga ega. R600a taxminan 55 L/s hajmiy sarf, 185 kPa musbat bosim va butandan atigi foiz 3,2 past sovitish quvvatini ta’minlagan. Shu sababli R600a termodinamik samaradorlik va uskunaning ixchamligi orasida eng muvozanatli variant sifatida aniqlangan.

ORC–ERC uchun nega R1233zd tanlangan?

Ejektorli tizimda suyuqlikning nafaqat turbina samaradorligi, balki soplo chiqishidagi tezlik, tovush tezligi, zarba yo‘qotishlari va ikkilamchi oqimni ergashtirish qobiliyati ham muhim.

R123 foiz 48,1, R1233zd esa foiz 47,3 eksergiya samaradorligiga erishgan. R123 biroz ko‘proq sovitish va quvvat ishlab chiqargan bo‘lsa-da, uning turbina chiqishidagi hajmiy sarfi R1233zd nikidan foiz 30,6 yuqori. R1233zd ning soplodagi kengayish paytidagi mos xatti-harakati va pastroq izentropik ko‘rsatkichi barqaror tovushdan tez oqim hamda yaxshiroq ergashtirish nisbatini ta’minlagan. Shu sababli kichik samaradorlik yo‘qotishi evaziga ixchamroq R1233zd tanlangan.

ORC–AR uchun nega R1233zd tanlangan?

Absorbsion sikl ammiakni ajrata olishi uchun ORC taxminan 370 K da kondensatsiyalanishi kerak. Toluol bu haroratda yuqori sof quvvat ishlab chiqargan bo‘lsa-da, taxminan 67,5 kPa kondensatsiya bosimi va 1170 L/s hajmiy sarf hosil qilgan.

Butan 2,25 MPa, R600a esa 2,71 MPa kondensatsiya bosimiga erishib, quvur va issiqlik almashgich devor qalinligini oshiradi. R1233zd taxminan 1,17 MPa kondensatsiya bosimi, o‘rtacha hajmiy sarf va R245fa dan 7,8 kW ko‘proq val quvvatini ta’minlagan. Shu sababli issiqlik bilan bog‘langan ORC–AR tizimi uchun ham R1233zd tanlangan.

Model qanday tasdiqlangan?

Yetti tizimning integratsiyalashgan tuzilishi tajriba bilan tasdiqlanmagan. Buning o‘rniga quvvat va sovitish quyi modellari nashr etilgan mustaqil hisoblarning ish nuqtalari bilan taqqoslangan.

29. sahifadagi tasdiqlash grafiklarida joriy model adabiyotdagi egri chiziqlarni yaqin kuzatishi ko‘rinadi. Ushbu taqqoslashlar asosiy termodinamik tenglamalar maqbul natijalar berishini qo‘llab-quvvatlaydi. Biroq tasdiqlash turli manbalardan olingan alohida quyi tizimlarga tegishli; u yetti birlashtirilgan konfiguratsiyaning barchasini, Oy radiatorini va loyihadan tashqari boshqaruv mexanizmini birgalikda tasdiqlamaydi.

Loyihaviy nuqtada qaysi tizimlar ajralib turgan?

100 K ekvivalent issiqlik qabul qiluvchi muhit harorati va 100 kW issiqlik kirishida uch xil ustunlik yuzaga kelgan.

Sys 1: ORC–VCR

• Eng yuqori sovitish quvvati
• EUF: %73,2
• COP: 6,30
• Hayotni ta’minlash va kabina sovitishi ustun bo‘lgan vazifalar uchun kuchli loyihaviy nuqta

R600a ning yuqori yashirin issiqligi va suyuqlik nasosining past energiya sarfi past kondensatsiya haroratida kuchli samaradorlik bergan.

Sys 2: tRC–VCR

• Eksergiya samaradorligi: %56,5 bilan eng yuqori qiymat
• Loyihaviy nuqta EUF: taxminan %65,2
• Yuqori zichlikdagi CO₂ sabab nisbatan ixcham turbina va issiqlik almashgichlar

Transkritik issiqlik qabul qilish jarayonida suyuqlik haroratining uzluksiz o‘zgarishi Quyosh kollektori issiqlik berish egri chizig‘i bilan yaxshiroq harorat mosligini hosil qilgan va eksergiya yo‘qotilishini kamaytirgan.

Sys 3: ORC–ERC

• Sof elektr quvvati: 18,9 kW bilan eng yuqori qiymat
• COP: atigi 0,52
• Eng sodda tizim tuzilishi
• Eng past solishtirma issiqlik almashgich maydoni

Kompressor bo‘lmagani uchun turbina ishining katta qismi sof elektrga aylanadi. Bunga qarshi ejektordagi zarba, aralashish va impuls uzatish yo‘qotishlari sovitish samaradorligini cheklaydi.

Absorbsion tizimlar nega chiqarib tashlangan?

Sys 5–7 quvvat siklining chiqindi issiqligidan foydalanib, solishtirma radiator maydonini 8,9–9,3 m²/kW oralig‘iga tushirgan. Bunga qarshi generator, absorber, eritma issiqlik almashgichi va rektifikator sabab solishtirma jami issiqlik almashgich maydonlari 25,5–28,0 m²/kW gacha ko‘tarilgan.

Tadqiqot radiator maydoni kichrayishiga qaramay, umumiy issiqlik almashgich maydonining oshishi Oyga tashiladigan massa va hajm jihatidan qabul qilib bo‘lmaydigan darajada bo‘lishi mumkinligini baholagan. Sys 4 esa ikki kompressorli murakkab tuzilishi va Sys 1–3 ga qaraganda yuqoriroq maydon talab qilgani sabab chiqarib tashlangan.

Oy kunduzgi loyihadan tashqari tahlil qanday bajarilgan?

Oy kunduzi 14,8 Yer kunlik jarayon sifatida ko‘plab barqaror ish nuqtalariga ajratilgan. Bu yondashuv “yarim barqaror” tahlildir: har bir harorat nuqtasi mustaqil barqaror holat sifatida yechilgan, haroratning vaqtga bog‘liq o‘zgarishidan kelib chiqadigan haqiqiy o‘tish dinamikasi modellashtirilmagan.

Faza o‘zgaruvchan issiqlik saqlash qurilmasi Quyosh nurlanishidagi o‘zgarishni yumshatadi va butun kunduz davomida quvvat sikliga 100 kW doimiy issiqlik beradi deb qabul qilingan. Shu tariqa tizim samaradorligidagi o‘zgarish asosan T_s ko‘tarilishidan kelib chiqadi deb faraz qilingan.

Sys 1 nega Oy tushida jiddiy samaradorlik yo‘qotgan?

R600a kritik nuqtadan pastdagi to‘yinganlik hududida ishlaydi. Bu hududda kondensatsiya harorati va kondensatsiya bosimi o‘zaro bog‘langan. T_s oshganda radiator harorati va R600a kondensatsiya bosimi tez ko‘tariladi.

Ko‘tarilgan turbina chiqish bosimi:

• Turbina bosim nisbatini kamaytiradi.
• Turbinadan olinadigan entalpiya pasayishini kichraytiradi.
• Kompressor ishlashi uchun zarur bosimni oshiradi.
• Turbina kirish harorati suyuqlikning barqarorlik chegarasi bilan cheklangani sabab kompensatsiya qilib bo‘lmaydi.

Natijada Sys 1 ning EUF qiymati T_s = 100 K da foiz 73,2 bo‘lgan bo‘lsa, 325 K da foiz 37,3 gacha tushgan. Tadqiqot buni taxminan foiz 49 samaradorlik yomonlashuvi deb beradi.

Sys 3 ning sovitishi nega butunlay to‘xtagan?

T_s oshgani sari ejektor chiqishidagi orqa bosim ko‘tariladi. Orqa bosim nisbati kritik qiymatdan oshganda aralashish kamerasidagi normal zarba to‘lqini soplo bo‘g‘zi tomon siljiydi. Soplo chiqishida ikkilamchi oqimni tortuvchi past bosim hududi yo‘qoladi.

T_s 309 K dan oshganda:

• Ikkilamchi sovituvchi oqimning so‘rilishi to‘xtagan.
• Sovitish quvvati nolga tushgan.
• Tizim zaif elektr ishlab chiqaruvchi mustaqil ORC ga aylangan.
• EUF taxminan foiz 11,2 gacha tushgan.

Sys 3 shuningdek 40 kW dan past issiqlik kirishida yetarli asosiy oqim bosimini hosil qila olmagani uchun ejektorni ishlata olmagan.

Sys 2 nega chidamliroq?

Transkritik CO₂ siklida harorat bilan bosim organik suyuqlikning to‘yinganlik egri chizig‘idagidek qat’iy bog‘lanmagan. Tizim radiator sharoiti o‘zgarganda turbina chiqish bosimini va nasos orqali turbina kirish bosimini mustaqil tartibga sola oladi.

Har bir T_s qiymati uchun EUF ning turbina chiqish bosimiga bog‘liq maksimumi mavjud:

• T_s = 150 K da optimal chiqish bosimi taxminan 7,0 MPa.
• T_s = 280 K da optimal chiqish bosimi taxminan 9,0 MPa gacha ko‘tariladi.
• T_s = 325 K da optimal chiqish bosimi taxminan 11,2 MPa.

Past T_s sharoitida CO₂ radiator chiqishida yuqori zichlikli suyuqlikka o‘xshash holatda bo‘ladi va past chiqish bosimi nasos sarfini cheklaydi. T_s oshganda past bosimda CO₂ gazsimon holatga yaqinlashadi, solishtirma hajm va nasos sarfi ortadi. Chiqish bosimini ko‘tarish suyuqlik zichligini oshirib, nasos ishini cheklaydi.

Ikki bosimni tartibga solish mexanizmi nima?

Tadqiqotning 47. sahifasidagi 16-shakl Oy kunduzi davomida ikki bosim birgalikda o‘zgartirilishini ko‘rsatadi:

• Turbina kirish bosimi taxminan 19,5 MPa dan 30 MPa gacha oshadi.
• Turbina chiqish bosimi taxminan 6,5 MPa dan 11,2 MPa gacha oshadi.

Chiqish bosimini oshirish CO₂ zichligini ko‘tarib nasos sarfini nazorat qiladi, kirish bosimini oshirish esa turbinadan oldingi bosim salohiyatini kattalashtiradi. Shu tariqa chiqish bosimi ko‘tarilishi sabab yo‘qotilgan kengayish nisbatining bir qismi qayta tiklanadi.

T_s 90 K dan 325 K gacha ko‘tarilganda:

Nasos va kompressor sarfi aniq ko‘tarilgan bo‘lsa-da, turbina quvvatining oshishi bu yuklarning katta qismini qoplagan. Shu sababli sof quvvat va sovitish butunlay qulamagan.

Vazifa yuki o‘zgarganda qaysi tizim moslashuvchanroq?

Tadqiqot sovitish quvvatining sof elektr quvvatiga nisbatini quyidagicha ta’riflagan:

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

Past CPR elektr ustuvor vazifa rejimini, yuqori CPR esa sovitish ustuvor vazifa rejimini bildiradi.

Sys 2 ning CPR oralig‘i Sys 1 nikidan taxminan 1,9 baravar. Sys 3 ning o‘zgarmas soplo geometriyasi asosiy va so‘rilgan oqim orasidagi impuls uzatilishini tor ish nuqtasiga bog‘lab qo‘yadi.

Tadqiqotning eng kuchli natijalari nimalar?

• Yetti birlashtirilgan quvvat–sovitish topologiyasini bir xil Oy chegaraviy sharoitlarida taqqoslaydi.
• Ishchi suyuqlik tanlovini faqat sikl samaradorligiga emas, turbina hajmiy sarfi, bosim va uskuna maydoniga ham bog‘laydi.
• Har bir ulanish mexanizmi uchun turli suyuqlik tanlash zarurligini ko‘rsatadi.
• Termodinamik samaradorlik bilan radiator va issiqlik almashgich maydonini birgalikda baholaydi.
• Quyi tizim modellarini nashr etilgan natijalar bilan taqqoslab, foiz 0,052–3,57 oralig‘idagi og‘ishlarni bildiradi.
• Loyihaviy nuqtada ustun ko‘ringan ORC–VCR tizimi yuqori T_s ostida jiddiy zaiflashishini ko‘rsatadi.
• Ejektorli tizimning 309 K dan yuqoridagi fizik ish chegarasini aniq ko‘rsatadi.
• Transkritik CO₂ tizimidagi ikki bosimni tartibga solish mexanizmini bosim, quvvat va sovitish egri chiziqlari bilan tushuntiradi.
• Faqat eng yuqori samarali tizimni emas, Oy kunduzi davomida eng chidamli tizimni tanlaydi.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari nimalar?

• Tadqiqot peer-reviewdan o‘tmagan preprintdir.
• Natijalar tajribaviy prototip, uskuna sikli sinovi yoki Oy missiyasi ma’lumotlari bilan tasdiqlanmagan.
• Yarim barqaror tahlil harorat va bosim o‘tishlarining haqiqiy vaqtga bog‘liq dinamikasini o‘z ichiga olmaydi.
• Boshqaruv algoritmining sensorlari, klapanlari, aktuatorlari, kechikishlari va barqarorligi modellashtirilmagan.
• Issiqlik yo‘qotishlari va quvur bosim pasayishlari e’tiborsiz qoldirilgan.
• Turbina, kompressor va nasoslarning izentropik samaradorligi butun ish oralig‘ida o‘zgarmas deb qabul qilingan.
• Issiqlik almashgichlar oniy va yetarli issiqlik uzatishni ta’minlaydi deb faraz qilingan.
• Haqiqiy uskuna massasi hisoblanmagan; SRA va SHEA maydon asosidagi proksi ko‘rsatkichlar sifatida ishlatilgan.
• Devor qalinligi, material zichligi, turbina massasi, nasos massasi, quvurlar va konstruktiv tayanchlar jami tizim massasiga aylantirilmagan.
• Faza o‘zgaruvchan issiqlik saqlash tizimi kunduz davomida 100 kW doimiy kirishni ta’minlaydi deb qabul qilingan; saqlash materiali, sig‘imi, samaradorligi va massasi o‘lchamlanmagan.
• Tadqiqotning asosiy loyihadan tashqari tahlili Oy tunini qamrab olmaydi.
• Oy changining radiator yutilish va emissiya xususiyatlarini vaqt o‘tishi bilan o‘zgartirishi hisobga olinmagan.
• Fazo radiatsiyasi, suyuqlik degradatsiyasi, sizib chiqish, germetiklik va uzoq muddatli material mosligi o‘rganilmagan.
• Ikki fazali oqimlarning past gravitatsiyada ajralishi, moy boshqaruvi va suyuqlik taqsimoti batafsil modellashtirilmagan.
• Ejektor uchun bir o‘lchovli doimiy bosimli aralashish modeli ishlatilgan; uch o‘lchovli zarba tuzilmasi va viskoz yo‘qotishlar yechilmagan.
• NH₃–H₂O siklida ideal rektifikatsiya qabul qilingan.
• Termodinamik xususiyatlar qaysi dastur yoki ma’lumotlar bazasidan olingani aniq ko‘rsatilmagan.
• Parametr noaniqligi, sezgirlik tahlili yoki Monte Carlo noaniqlik tarqalishi taqdim etilmagan.
• COP ta’riflari turli harakatlantiruvchi energiya shakllariga asoslangani sabab VCR, ERC va AR qiymatlari to‘liq teng ko‘rsatkichlar emas.
• ORC bilan CO₂ sikllarining maksimal haroratlari turlicha; bu holat eksergiya taqqoslanishiga ta’sir qilishi mumkin.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

• Oy bazasi quvvat va sovitish tizimlarini umumiy energiya zanjiri ichida loyihalash foydali bo‘lishi mumkinligini qo‘llab-quvvatlaydi.
• Past radiator chegaraviy haroratida ORC–VCR tizimi yuqori sovitish samaradorligi bera olishini ko‘rsatadi.
• Ejektorli ORC tizimi kam harakatlanuvchi qismlar bilan yuqori sof elektr ishlab chiqarishi mumkinligini ko‘rsatadi.
• Transkritik CO₂ sikli keng harorat oralig‘ida faol bosim tartibga solish uchun mosligini ko‘rsatadi.
• Loyihaviy nuqtadagi eng yuqori samaradorlik butun Oy kunduzi bo‘yicha eng chidamli dizayn degani emasligini ko‘rsatadi.
• R600a mexanik bog‘langan ORC–VCR uchun, R1233zd esa ejektorli va issiqlik bilan bog‘langan ORC tizimlari uchun muvozanatliroq variant ekanini ko‘rsatadi.
• Absorbsion tizimlar radiator maydonini kamaytirarkan, umumiy issiqlik almashgich maydonini kattalashtirishi mumkinligini ko‘rsatadi.
• Sys 2 ning 90–325 K oralig‘ida uzluksiz elektr va sovitish bera olishini ko‘rsatuvchi sonli natijalarni taqdim etadi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• tRC–VCR tizimi haqiqiy Oy bazasida aniq eng past jami massaga ega bo‘lishini isbotlamaydi.
• Taklif etilgan ikki bosimli boshqaruv haqiqiy uskunada barqaror va ishonchli ishlashini ko‘rsatmaydi.
• Faza o‘zgaruvchan saqlash Oy kunduzi davomida 100 kW doimiy issiqlikni maqbul massa bilan ta’minlashi mumkinligini isbotlamaydi.
• Oy tunida uzluksiz ishlashni ko‘rsatmaydi.
• Radiatorlar Oy changi, sirt qarishi va mikrometeorit ta’siri ostida ayni samaradorlikni saqlashini ko‘rsatmaydi.
• R600a va R1233zd ning uzoq muddatli fazo muhiti xavfsizligini tajribaviy tasdiqlamaydi.
• Ejektorning 309 K chegarasi barcha geometriya va masshtablar uchun o‘zgarmas ekanini ko‘rsatmaydi.
• Maydon ko‘rsatkichlari bevosita haqiqiy tizim massasi yoki uchirish xarajatiga teng ekanini ko‘rsatmaydi.
• Quyi tizim tasdiqlashlari integratsiyalashgan Oy bazasi tizimini tajribaviy tasdiqlagan degani emas.

Turkiya nuqtai nazaridan ilmiy va muhandislik qiymati nima?

Tadqiqot Turkiyadagi fazo tizimlari, termodinamik sikllar, radiatsion issiqlik boshqaruvi va kichik modulli energiya tizimlari tadqiqotlari uchun qo‘llash mumkin bo‘lgan uslubiy doira taklif qiladi. Oy bazasi uchun ishlab chiqilgan taqqoslash yondashuvi yuqori balandlik platformalari, yo‘ldoshlar, chuqur fazo apparatlari, qutb tadqiqot stansiyalari va tarmoqdan mustaqil energiya–sovitish tizimlariga ham moslashtirilishi mumkin.

Eng muhim uslubiy saboq shuki, tizimni faqat loyihaviy nuqtadagi samaradorlikka qarab tanlash yetarli emas. Turkiyada ishlab chiqiladigan fazo uskunalarida ham ishchi suyuqlik, qisman yuk xatti-harakati, harorat chegaralari, radiator maydoni, uskuna hajmi va boshqaruv moslashuvchanligi bitta optimallashtirish doirasida baholanishi kerak.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tadqiqot usuli oqimi

Ishchi suyuqlik tanlash natijalari

Loyihaviy nuqta taqqoslashining xulosasi

Oy kunduzgi loyihadan tashqari natijalar

Yakuniy tizim tanlovi

Tadqiqotning o‘z baholash mezonlari doirasida Sys 2, ya’ni transkritik CO₂ Rankine sikli bilan bug‘ni siqish sovitish mexanik bog‘langan tizim Oy kunduzi uchun afzal konfiguratsiya hisoblanadi.

Bu tanlov loyihaviy nuqtadagi eng yuqori EUF ga emas, quyidagi birlashgan xususiyatlarga asoslanadi:

• 90–325 K oralig‘ida uzluksiz ish,
• 325 K da foiz 58,5 EUF,
• 47,5 kW sovitish quvvatining saqlanishi,
• 0,1–4,5 oralig‘idagi vazifa yukini tartibga solish oralig‘i,
• yuqori eksergiya samaradorligi,
• CO₂ ning yuqori zichligidan kelib chiqadigan uskuna ixchamligi,
• turbina kirish va chiqish bosimlarini alohida sozlash imkoniyati.

Bu natija haqiqiy Oy bazasi tizimining aniq tanlovi sifatida emas, balki tadqiqotning idealizatsiyalangan termodinamik chegaralari va maydon asosidagi ixchamlik ko‘rsatkichlari ichidagi eng mos nomzod sifatida baholanishi kerak.

Manba va usul bo‘yicha izoh

Tadqiqotning to‘liq asl nomi:Configuration Selection and Lunar Daytime Off-design Evaluation of Power Generation-Refrigeration Coupled Systems for Lunar Bases

Mualliflar va tartibi: Zhijie Liu, Cong Wang, Lei Lang, Jiang Qin va Penghao Duan.

Teng birinchi muallif: Teng hissa yoki teng birinchi mualliflik haqida ma’lumot ko‘rsatilmagan.

Mas’ul muallif: Cong Wang. Tadqiqotda aloqa manzili congwang@hit.edu.cn deb berilgan.

Institutsional aloqalar:

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

DOI:10.2139/ssrn.6985295.

Jurnal: Tadqiqot peer-reviewli jurnalda nashr etilgani tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Asl nashriyot: Peer-reviewdan o‘tgan yakuniy nashriyot mavjud emas. SSRN yozuvi erta tadqiqot/preprint platformasi yozuvidir.

Nashr yili: 2026. Ko‘rib chiqilgan matnda aniq nashr kuni ko‘rsatilmagan.

Manba turi: Termodinamik tizim modellashtirish, quyi tizimni tasdiqlash, ishchi suyuqlik saralash, parametrik taqqoslash va yarim barqaror loyihadan tashqari tahlilni o‘z ichiga olgan muhandislik preprinti.

Peer-review holati: Tadqiqot peer-reviewdan o‘tmagan. Har bir sahifada “Preprint not peer reviewed” ogohlantirishi mavjud.

Rasmiy nashr havolasi:SSRN tadqiqot yozuvi.

Moliyalashtirish: Tadqiqot YE Qisun’ Science Foundation U2341276 raqamli loyiha va Xitoy Milliy tabiiy fanlar jamg‘armasining 52406010 raqamli dastur ko‘magini bildiradi.

Ushbu turkcha izoh tadqiqotning butun matni, tenglamalari, tizim sxemalari, ishchi suyuqlik jadvallari, tasdiqlash grafiklari, loyihaviy nuqta taqqoslashlari, Oy kunduzi samaradorlik egri chiziqlari, ish sohalari, ikki bosimli tartibga solish natijalari va manbalar ro‘yxati boshidan oxirigacha ko‘rib chiqilib tayyorlangan. Ilmiy natijalarga tashqi manbalardan yangi topilma qo‘shilmagan. Tashqi tasdiqlash faqat sarlavha, mualliflar, DOI va SSRN yozuvi identifikatorini tekshirish uchun ishlatilgan.

Tadqiqot haqiqiy uskuna sinovlari o‘rniga tasdiqlangan quyi tizim modellari va sonli simulyatsiyalarga asoslanadi. Bosim pasayishlari, issiqlik yo‘qotishlari, o‘tish dinamikasi, haqiqiy boshqaruv uskunasi, Oy changi, radiatsiya, mikrogravitatsiyada ikki fazali oqim va faza o‘zgaruvchan saqlash massasini hisobga olmagan. SRA va SHEA qiymatlari haqiqiy tizim massasining bevosita o‘lchovi emas, balki maydon asosidagi ixchamlik ko‘rsatkichlaridir. Shu sababli tRC–VCR natijasi Oy bazasida dala sharoitida tasdiqlangan yakuniy yechim emas, balki keyingi prototip va uskuna sikli tadqiqotlariga ustuvorlik berish tavsiya etiladigan sonli nomzoddir.