预热型S-CO_(2)布雷顿循环(火用)效率分析与优化

预热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收应用领域中具有较高的发展潜力,对其开展性能分析与优化研究具有重要意义。应用有限时间热力学理论,建立变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的预热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,并对其进行数值模拟;分析工质质量流率、压缩机和透平效率、压比、换热器热导率以及分流系数对循环(火用)效率的影响;在总热导率一定的约束下,以(火用)效率最大为目标对预热器、加热器、回热器和冷却器的热导率分配比进行优化。结果表明:随着工质质量流率的增大,可通过降低加热器和回热器热导率、提高冷却器和预热器热导率的方式提升循环(火用)效率,且在考虑4个换热器热导率分配比的情况下,(火用)效率最大所对应的工质质量流率范围在92~95kg·s^(-1),功率可达到11.8~12.05MW;经由优化后,循环(火用)效率相比于初始设计点可提高17%以上,其所对应的循环热效率可达到34%以上,循环净功率可达到10.98MW以上。模型具有一定的普适性,研究结果可为实际工程装置的设计与运行提供理论指导。

回热型S-CO_(2)布雷顿循环的[火用]效率分析与优化

回热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收利用领域具有较大的发展和应用潜力,对其开展性能分析与优化具有重要意义。文中应用有限时间热力学理论,建立了变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,分析了工质质量流率、压缩机与透平效率、总热导率对循环[火用]效率与循环压比特性关系的影响,然后在总热导率一定的条件下以[火用]效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器的热导率分配比以及循环压比、工质质量流率进行优化。结果表明:在文中取值范围内,经优化后的[火用]效率可比初始设计点提高37.96%。文中还给出了不同工质质量流率下[火用]效率达到最大时所对应的设计参数。

预热型S-CO_(2)循环生态学函数分析与优化

预热型超临界二氧化碳(Supercritical CO_(2),简称S-CO_(2))布雷顿循环可进一步利用高温热源余热,在燃气轮机余热回收应用领域中具有较高的发展潜力。本文以存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的预热型S-CO_(2)布雷顿循环为研究对象,考虑生态学函数为目标,首先分析了工质质量流率、压比、透平效率和压缩机效率的影响,然后在总热导率一定的条件下,以生态学函数最大目标分别对压比、质量流率、预热器、加热器、冷却器和回热器热导率分配比进行优化。结果表明:在质量流率较小时,可通过增大压比、分流系数、加热器热导率分配比的方式来提高生态学函数;在质量流率较大时,则需要适当减小压比、分流系数,增大预热器热导率分配比来提高生态学函数;经优化,循环生态学函数最大可提高150.98%。

回热型S-CO_(2)循环基本性能分析与优化

考虑有限温差传热、不可逆压缩过程和不可逆膨胀过程等不可逆因素,应用有限时间热力学理论建立了变温热源条件下的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型。首先,分析了工质质量流率、压比、透平效率和压缩机效率对循环净输出功率、热效率和循环最高温度的影响;然后,在总热导率一定的条件下分别以输出功率最大和热效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器热导率分配比进行优化。结果表明:回热型S-CO_(2)布雷顿循环功率-效率特性曲线呈过原点的扭叶型,存在相应的压比使得输出净功率与热效率分别达到最大;相比于初始设计参数计算的循环性能,优化后循环净输出功率可提高27.3%,最大比功可提高46.9%,最大热效率可提高17.78%。