تحلیل ترمودینامیکی و مقایسه ای چرخه های برایتون و رانکین با سیالات عامل مختلف و منبع حرارتی انرژی خورشیدی جهت تولید توان در فضا

در فضا به دلیل داشتن دما و فشار پایین (دمای 3K، فشار تقریبا صفر) و شدت تابش خیلی زیاد، می توان به بازده ای نزدیک به بازده چرخه کارنو برای چرخه های ترمودینامیکی دست یافت. در این مقاله چرخه های رانکین و برایتون با سیالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند و از نظر مقدار بازده انرژی و اگزرژی، نرخ تولید توان چرخه به مساحت مورد نیاز برای دفع گرما (مساحت رادیاتور)، مقایسه شده اند. وزن چرخه های فضایی به دلیل ارتباط مستقیم با هزینه ی نقل و انتقال به فضا، از تاثیر گذارترین پارامترهاست. چون رادیاتور سنگین ترین جزء چرخه های فضایی است، پس کاهش سطح انتقال حرارت رادیاتور از اهداف این مطالعه است. در چرخه برایتون، آمونیاک بیشترین نسبت توان چرخه به مساحت رادیاتور و تولید توان را دارد. R134a، نیتروژن و دی اکسید کربن نیز با داشتن نسبت توان به مساحت بالا در مرتبه بعدی قرار دارند. چرخه رانکین اغلب، بازده بالاتر، نسبت توان به مساحت پایین تر و توان بیشتری نسبت به برایتون دارند، پس سنگین تر و برای انتقال به فضا پرهزینه تر هستند. در چرخه رانکین دی اکسید کربن به علت دمای چگالش بالاتر نسبت توان به مساحت بالاتری دارد. پس سبک تر است. ولی به دلیل نسبت فشار پایین کمترین توان را تولید می کند. همچنین مونو اکسید کربن و متان با بازدهی نزدیک به نیتروژن (به ترتیب 8 و 6 درصد کمتر) نسبت توان به مساحت به ترتیب، 16 و 25 برابر بیشتری دارند، پس عملکرد بهتر دارند. همچنین متان در چرخه رانکین عملکرد بهتری نسبت به چرخه برایتون دارد.