منابع تحقیق با موضوع دمای بیشینه، دینامیکی، تقاضای انرژی

دانلود پایان نامه ارشد

م اضافی را می توان در توکامک تولید کرد. ITER با استفاده از بلانکت هایی که شامل لیتیم است سعی می کند تولید تریتیوم کند. این واکنش به صورت زیر انجام می شود:
■(6@3)LI+ ■(1@0)n ⇒■(4@2)He+ ■(3@1)H+4.8 MeV
لیتیوم 6 تنها 7.5٪ از لیتیم طبیعی را در بر میگیرد به این معنی است که از آن به عنوان منابع محدود برای همجوشی استفاده می شود. اما با نوترون سریع، تریتیوم را می توان با استفاده از لیتیوم 7 تولید کرد که حدود92.5٪ لیتیوم طبیعی را تشکیل می دهد. با راهنماییهای نتایج حاصل از آزمون ITER ، دانشمندان امیدوارند که DEMO قادر خواهد بود با موفقیت به پیاده سازی تولید تریتیوم بپردازد. دوتریوم، از سوی دیگر، فراوان است و می تواند از آب دریا استخراج شود.
تنها چیزی که در انرژی همجوشی نقش بازی خواهد کرد دورشدن مردم جهان از انرژی حاصل از سوخت های فسیلی باقی مانده است. با مشاهده توان همجوشی، در بهترین شرایط تا نیمه دوم قرن بیست و یکم در دسترس نمی باشد، دیگر منابع انرژی جایگزین به عنوان منابع اصلی استفاده خواهند شد. منابع انرژی تجدید پذیر مانند خورشید و باد، در حال حاضر در حال اجرا هستند. از آنجا که سوخت های فسیلی محدود است و تقاضای انرژی افزایش می یابد، قیمت سوخت های فسیلی باید بالا برود، بنابراین ساخت سواحل و منابع انرژی جایگزین رقابتی تر می شود.
با آهنگ فعلی ، همجوشی باید در مرحله نهایی نقش اقتصادی داشته باشد، پس از حل و فصل مشکلات همجوشی آماده تجاری سازی خواهد شد که با ترکیب انرژی جدید متناسب می شود. تا آن زمان زیرساخت منابع جایگزین انرژی تجدید پذیر وجود خواهد داشت. اما این به آن معنی نیست که جایگاهی برای همجوشی وجود نخواهد داشت.. از آنجا که طبیعت متناوبا انرژی خورشیدی و باد را متناسب با تقاضا بیست و چهار ساعته درهر شبانه روز در اختیارمان قرار نمی دهد، همجوشی می تواند این خلاء را پر کند و هسته ارائه دهنده تقاضای انرژی در آینده باشد .
چشم انداز انرژی همجوشی به طور همزمان چالش های بسیار زیاد و شانس موفقیت بی اندازه را فراهم می کند. به طبع آن از آغاز ، همکاری های بین المللی برای پژوهش های انرژی همجوشی ادامه خواهد داشت. اگر چه هنوز موانع بسیاری برای غلبه بر مشکلات با ایجاد ITER و مفهوم DEMO وجود دارد، همجوشی یک طرح واضح و روشن عملی است. و هنگامی که آماده پیوستن به چشم انداز انرژی جدید قرن بیست و یکم باشد ، بدون شک نقش مهمی بازی می کند.

فصل دوم
طراحی و تحلیل چرخه های توانی برایتون هلیومی برای رآکتور HiPER

2-1- چکیده
چرخه های برایتون هلیومی مطالعه شده به صورت چرخه های توانی هم برای رآکتورهای شکافت و هم رآکتور های همجوشی، بازده گرمایی بالایی را نشان داده اند. این پایان نامه به مطالعه چندین طرح تکنولوژیکی مربوط به چرخه های برایتون هلیومی بکار رفته برای رآکتور پیشنهادی Hiper می پردازد. از آنجایی که Hiper در کوتاه مدت تکنولوژی های موجود را ادغام می کند شرایط کاری آنها منجر به دمای بیشینه پایین منابع انرژی می شود به گونه ای که عملکرد گرمایی چرخه را محدود می کند. هدف این کار تحلیل توانایی چرخه های برایتون هلیومی به عنوان چرخه های توانیHiper می باشد. چندین نوع چرخه برایتون هلیومی به منظور افزایش بازده گرمایی چرخه تحت شرایط Hiper بررسی شدند.
تاثیرات سرمایشی داخلی و گرمادهی مجدد به طور ویژه مورد مطالعه قرار گرفته است. تحلیل های حساسیت پارامترهای کلیدی چرخه و عملکردهای اجزا بر بازده گرمایی بیشینه همچنین انجام شده است. افزایش چندین مرحله ای سرمایشی داخلی در چرخه برایتون هلیومی برای دستیابی به بازده گرمایی بیش از 36% را مجاز شناخته شده و گنجایش روند گرمادهی مجدد همچنین افزایش تقریبا 1 درصدی برای رسیدن به بهره 37% را مجاز می داند. این نتایج تایید می کنند که چرخه های برایتون هلیومی از میان نامزد های چرخه توانی برای Hiper بایستی در نظر گرفته شوند.
چرخه های برایتون هلیومی بهترین گزینه برای تبدیل توانی رآکتورهای شکافت[1-5] و همجوشی [6-9] در آینده می باشند. نتایج بازده های گرمایشی زیاد مربوط به چرخه های برایتون هلیومی نشان می دهند که بازده این چرخه ها بیش از نتایج مشاهده شده مربوط به چرخه های رانکین نیرو گا ه های هسته ای فعلی هستند.
Hiper(تحقیق انرژی لیزری پرقدرت) پروژه ESFRi- EU است که هدف آن نشان دادن امکان تولید توان الکتریکی بوسیله همجوشی از طریق محصور شدگی اینرسی محرک-مستقیم می باشد. Hiper ادغام تکنولوژی های موجود در مدت زمان کوتاه را برای کمینه کردن خطرات توسعه می دهد. برای رآکتور پیشنهادی Hiper گزینه پوشش لیتیوم سربی خود خنک کننده (SCLL)پیشنهاد شده بود و دو پیکر بندی متفاوت از خنکسازی دیواره اول(FW) تنظیم شد.
روکش دیواره اول (IFWB1) و روکش دیوار اول مجزا(SFWB2) ادغام شدند. در پیکر بندی IFWBکل انرژی همجوشی راکتور توسط یک خنک کننده منفرد (LiPb)استخراج می شود حال آنکه در SFWBدو نوع خنک کننده وجود دارد . یک دسته خنک کننده دیواره اول(He) با برداشتن 22% از کل انرژی و دیگری که روکش را خنک می کند(LiPb) ومابقی 78% انرژی کل را بر می دارد. در کار قبلی]12[ یک چرخه توانی برایتون هلیوم ایده آل برای هر دو گزینه IFWB و SFWB و به جهت مقایسه آنها به لحاظ چرخه توانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. SFWBبازده گرمایی بالاتری ضریب به IFWBنشان داد.
این مطالعه به بررسی چندین پیکر بندی مربوط به چرخه برایتون هلیومی (شکل 2-1) برای تنظیم SFWB و به هدف افزایش بازده گرمایی چرخه توانی می پردازد. در اغلب مطالعات ارجاع داده شده در ابتدای مقدمه این بحث چرخه هلیومی در دمای بیشینه بالای 680 درجه عمل می کند در حالیکه این دما در رآکتور HiPERاز 480 درجه که کاملا از نقطه نظر ترمودینامیکی محدود می باشد تجاوز نمی کند. از این رو این مطالعه به تحلیل احتمالات چرخه های برایتونی به عنوان نامزدی برای چرخه توانی HiPERمی پردازد. تاثیرات این پروسه های خنک سازی داخلی و باز گرمایش به ویژه بر روی عملکرد بهینه چرخه مورد تحلیل قرار گرفته است. در آخر تحلیل هایی بر روی حساسیت کمی تاثیر پارامترهای کلیدی چرخه و عملکردهای جزیی حاکم بر بازده گرمایی بیشینه صورت گرفته است.
2-2- چرخه توانی برایتون هلیومی
پیکر بندی SFWB برای رآکتور HiPER دلالت بر دسترسی به دو منبع انرژی متفاوت دارد: خنک کننده اول که LiPbاست در صورتیکه خنک کننده دوم هلیوم است. جدول 1 داده های گرمایی آن ها را فهرست بندی می کند.
جدول2-1-داده های منبع انرژی مربوط به SCLL

دماهای دو خنک کننده بوسیله مواد ساختاری تنظیم شده اند. EUROFER97برای روکش و EUROFER97-ODSبرای دیواره اول FWپیشنهاد می شوند. مهم ترین نکات بحرانی برای EUROFER97 تابش دهی القایی سخت شدنی و شیفت دمای گذار هادی- شکننده (DBTT) پس از تابش دهی در دماهای تقریبا پایین تر از 350 درجه می باشد. DBTTدر EUROFER تابش دهی نشده حدودا 90- درجه است اما زمانی که 300 درجه تا 8dpa3 تابش دهی می شود تا 40 درجه افزایش می یابد.[13]
نگهداری دماهای ورودی هر دو خنک کننده بالای 350 درجه احتمالا محافظه کارانه است. دمای ورودی پایین برای LiPb به خاطر رفتار خوردگی LiPb است در حالیکه برای هلیوم حد بالاتر متناظر است با حداکثر دمایی که فلز می تواند تحمل کند(650 درجه[13]). در نتیجه همه این ها محدوده دمایی برای خنک کننده LiPb هم پایین و هم محدود است و با شرایط مرزی دقیق برای چرخه توانی متناظر است.
در تمامی طرح های مورد مطالعه در این کار دو منبع انرژی بدرون چرخه توانی ادغام شده و در نتیجه تمام بازده توان گرمایی رآکتور مورد استفاده قرار گرفته است. همانطور که همان سیال (He) در چرخه توانی و خنکسازی دیواره به عنوان خنک کننده دوم استفاده می شود پیکر بندی هر دو منبع انرژی در شکل 2-1 نشان داده شده است.

شکل 2-1- چرخه توانی برایتونی هلیومی برای طرحSFWB
در تبادل گر گرمایی (HEX)،LiPb انرژی اش را به هلیوم در حال جریان در چرخه توانی واگذار می کند. سپس جریان هلیوم به دو جریان تقسیم می شود که یکی از آنها متناظر است با کسرمورد نیاز برای خنک سازی دیواره اول FW و دستیابی به دمای بالاتر( جدول1). جریان هلیوم باقی مانده یا دیگری از رآکتور گذشته و با جریان اول ترکیب می شود و باعث بالا رفتن دمای بیشینه چرخه توانی می گردد .
طرح نشان داده شده در شکل 1 مربوط به چرخه توانی اولین طرح تحت مطالعه است.که متناظر با یک چرخه مستقیم/غیر مستقیم است همراه با یک مرحله خنک سازی داخلی(IC) و یک مرحله ریکاوری (RC)که هر دو سهم در گسترش بازده گرمایی چرخه دارند.
هنگامی که توربین(HP) فشار بالا کمپرسور (C) را می راند و توربین فشار پایین(LP) ژنراتور را می راند یک پیکر بندی دو محوری پیشنهاد می شود. با این پیکر بندی توربین LP و ژنراتور با سرعت همگامی(3000rpm) با هم می چرخند و یا مضاربی از آن سرعت و بالاتر برای توربین HP و کمپرسور ممکن بوده و عملکرد کمپرسور بهتری را ممکن می سازد. طرح های محوری چندگانه گرانتر هستند اما انعطاف بیشتری در عملکرد دارند.
2-2-1- توصیف مدل:
توان چرخه بر اساس توازن انرژی و از روی معادلات بازده مولفه های منفرد مدلسازی شده است. فرضیه های پیشنهادی و داده های ورودی در زیر فهرست شده اند:

افت فشار در تبادلگر های گرمایی در نظر گرفته شده است:
خنک کننده های داخلی: ∆P_IC=P_11-P_22=0.05×〖10〗^3 KPa[14]
جبران کننده(Recuperator) : ∆P_HP=P_2-P_3=0.05×〖10〗^3 KPa; ∆P_LP=P_5-P_6=0.08×〖10〗^3 KPa[4]
مبادله کننده گرمایی LiPb : ∆P_Hex=P_3-P_7=0.04×〖10〗^3 KPa[9]
خنک کننده (Co) ∆P_Co=P_6-P_1=0.32×〖10〗^3 KPa[14]
افت فشار در خطوط لوله، در انشعابات و در تقسیم جریان در نظر گرفته نمی شود.
توربین ها و کمپرسورها بی در رو با ضرایب چند گرمسیری(پلی تراپیک) به ترتیب 93% و 90% عایق گرما در نظر گرفته شده اند.
اثر بازیابی (ε_RC ) 0.95 است و اثر مبادله گر (ε_HEX ) 0.95 است ]2[.
دمای ورودی یکسان برای کمپرسورها :
T_1=T_(j.in)=303k (〖30〗^° C) [1]
ضریب کل فشار کمپرسور r_c=(p_2⁄p_1 )(1.2≤r_c=p_2/p_1≤3.5)
ضریب فشار یکسان (r_ci ) برای کمپرسور:
r_ci=(p_(i_out )⁄p_(i_in ) =) √(n&r_c/∑_j (1-∆p_Icj ) ) [15]
(که در آن N تعداد کمپرسورها است: in iو out iورودی و خروجی کمپرسور i ام هستند و j شاخص خنک کننده های داخلی است).
فشار بیشینه P_2=8000KPa ]9[.
تغییرات انرژی پتانسیل و جنبشی در تمام قسمتها اعمال شده اند
هلیوم بعنوان گازی ایده آل در نظر گرفته شده است
ویژگی های ترمودینامیکی LiPb از کارهای کاردیتاز و همکارانش مشاهده شده اند ]16[.
عملکرد چرخه در حالت پایا مدلسازی شده و شرایط کاری برای هر قسمت چرخه با استفاده از حل کننده معادله مهندسی محاسبه شده است(EES). [17]
2-2-2- نتایج
عملکرد چرخه توانی برحسب تابعی از ضریب تراکم(rc) به منظور یافتن مقداری که بازده گرمایی چرخه را برای توزیع توانی گرمایی بیشینه می کند محاسبه شده و در جدول یک فهرست بندی شده است. ضریب بهینه تراکم (rc) زمانی است که برابر 1.8 با بازده بیشینه 35.3% می باشد. جدول 2 نتایج اصلی را به ازای بازده گرمایی بیشینه نشان می دهد. دمای خروجی آورنده (ریکاپریتور)در سمت سرد به rc بستگی داشته و 324 درجه به ازای 1.8rc = بوده که از 350 درجه (T_ورودی (LiPb) کمتر است. دمای ورودی رآکتور هلیومی بزرگتر از 350 درجه بر روی محدوده کامل rc در نظر گرفته شده است. بنابراین نتایج مربوط به بازده بهینه شرایط مرزی اعمال شده توسط منابع تخلیه انرژی را تایید می کند.

جدول 2-2- نتایج مر بوط به بازده گرمایی بیشینه

ضریب تراکم

پایان نامه
Previous Entries منابع تحقیق با موضوع ایالات متحده آمریکا، اتحادیه اروپا، ایالات متحده Next Entries منابع پایان نامه ارشد درباره برنامه سوم توسعه، مخارج دولت، برنامه اول توسعه