变温热源等温加热修正不可逆回热Brayton循环功率优化

根据有限时间热力学理论,在给定各换热器总热导率的情况下,对变温热源条件下等温加热过程修正的不可逆回热式Brayton循环的功率特性进行了优化。研究表明,该情况下全局性的优化结果并不存在。在给定CCC(收敛型燃烧室)和回热器热导率分配的情况下,通过数值计算,得到了最佳的透平出口温度及RCC(常规燃烧室)和低温侧换热器的热导率分配,讨论了循环参数对最佳热导率分配的影响。另外,本文还对文献[7]中的错误进行了修正,并分析了循环工质与热源的热容率匹配问题。

空气标准等温加热修正Brayton循环:(2)多目标优化

基于第1部分对循环功率和效率特性的研究,进一步以效率、生态学函数、功率和功率密度为优化目标,以压缩比为优化变量,利用NSGA-Ⅱ算法对内可逆空气标准等温加热修正Brayton循环进行不同目标组合的单、双、三和四目标优化,并利用偏差指数对3种决策方式的优化结果进行分析对比,从而寻找最优解集。结果表明三目标优化中偏差指数最小,为0.129 2。故多目标优化能更有效地找到最优解集。研究成果可为Brayton热机循环的优化设计提供一定参考。

回热式等温加热修正Brayton循环的功率与效率特性!

根据有限时间热力学理论,分析了变温热源条件下不可逆回热式等温加热修正Brayton循环的功率、效率的全局特性和最优特性。研究发现,计入外部传热不可逆性后,分别存在最佳的循环压比使得循环无因次输出功率和效率取得最大值,而且,一般来说,前一最佳压比更大;回热对循环的输出功率影响极小,对循环效率的提高也只在较低压比时起作用;为提高循环的输出功率和效率,常规燃烧室(RCC)有效度、RCC中热源的入口温度和热容率应取较小的值,而收敛型燃烧室(CCC)有效度、CCC中热源的入口温度和热容率应取较大的值。详细讨论了循环热力参数对最大无因次输出功率及其对应的最佳压比和效率、最大效率及其对应的最佳压比和无因次输出功率的影响,指出了已有文献的错误。研究结果对燃气轮机装置的评估和最优设计具有一定的指导意义。

恒温热源内可逆Brayton热电联产循环的利润率密度分析

根据能量系统有限时间综合经济分析的思路,引入新的循环性能指标:利润率密度(定义为利润率与循环最大比容之比),对恒温热源内可逆Brayton热电联产循环的利润率密度特性进行了分析,并将最大利润率密度及最大利润率时的循环参数进行了对比。研究表明,与最大利润率工况相比,尽管最大利润率密度工况下循环的利润率有所减小,但循环的效率有较大幅度的提高,设备体积也大为减小,实现了循环利润率与设备体积的最佳折衷。本文的研究表明,利润率密度可以作为热电联产系统设计的一种备选方案。

不可逆往复式变比热工质Brayton循环性能分析

对不可逆往复式Brayton循环的有限时间热力学性能进行模型研究.在考虑工质变比热及压缩和膨胀过程的内不可逆损失基础上,导出了循环比功和循环热效率的解析表达式.在典型循环特性参数条件下,对上述模型进行了数值计算.研究结果表明,工质变比热及压缩和膨胀过程的内不可逆损失对循环性能有一定影响,其中压缩和膨胀过程的内不可逆损失对循环性能影响更显著.研究结果对实际内燃机性能的评估及改进有一定的指导意义.

空间动力装置用内可逆Brayton循环功率优化

应用有限时间热力学理论,建立了空间动力装置用内可逆闭式Brayton循环模型,导出了功率和热效率的表达式。采用数值计算的方法,首先在给定高温侧和中间侧换热器有效度的情况下,分析了循环各参数对功率最优性能的影响;然后在给定整个装置3个换热器的总热导率情况下,将功率作为优化目标,对换热器热导率分配进行了优化,得到了循环的最大功率,进一步优化低温热源温度,得到了二次功率最大值,分析了循环各参数对最大功率最优性能的影响。结果表明:存在一个最佳的低温热源温度和一对最佳的热导率分配,使二次功率达到最大;随着高温热源温度的增加,最大二次功率对应的最佳低温热源和最佳热导率增加;随着空间环境温度的减小和换热器总热导率的增加,最大二次功率对应的最佳低温热源和最佳热导率都减少。所得结果对实际空间动力装置的设计优化有一定指导作用。

内可逆闭式Brayton循环多目标优化

基于已有文献建立了恒温热源内可逆闭式Brayton循环模型,应用有限时间热力学理论和精英非支配排序遗传(NSGA-Ⅱ)算法,对循环进行热力学分析和多目标优化。以换热器热导率分配和循环压比为优化变量,同时对循环的无因次功率、热效率、无因次生态学函数和无因次功率密度等四个目标进行多目标优化,分析了四目标优化时,最优热导率分配和循环最优压比对四目标特性的影响。在不同优化目标组合的情况下,通过比较LINMAP、TOPSIS和Shannon Entropy三种决策方式的偏差指数,得到了最理想的设计方案。研究成果可为新型燃气轮机的优化设计提供参考。

等温加热修正Diesel循环及其内可逆特性

提出一种新的Diesel循环,即等温加热修正的Diesel循环,并运用有限时间热力学理论建立内可逆修正Diesel循环模型,导出循环功率与效率、功率与压缩比和效率与压缩比的特性关系,研究循环温比、预胀比和传热损失对循环性能的影响,将修正后的循环性能与传统的Diesel循环性能进行比较。结果显示:循环功率与效率的关系曲线呈扭叶型,而功率与压缩比和效率与压缩比的关系曲线均呈类抛物线型;随着预胀比和循环温比的变大,循环性能明显提升;与传统的Diesel循环相比,修正后的循环性能更优。

空气标准等温加热修正Brayton循环:(1)功率效率特性分析

在已有文献建立的闭式等温加热修正定常流式Brayton循环模型基础上,提出了一种新的五分支Brayton循环,即空气标准等温加热修正Brayton循环,并运用有限时间热力学理论建立了内可逆空气标准等温加热修正Brayton循环模型,导出了其功率效率表达式,分析了最大温比和预胀比对功率与效率、功率与压缩比和效率与压缩比特性关系的影响,以及传热损失对功率与效率特性关系的影响,并将修正后的Brayton循环性能与传统的Brayton循环性能进行了对比。结果表明:循环功率与效率的关系曲线呈扭叶形,而功率与压缩比和效率与压缩比的关系曲线均呈类抛物线形;随着预胀比和循环温比的增加,循环性能明显提升;与传统的Brayton循环相比,修正后的循环性能更优。

高炉余能余热驱动Brayton热电联产循环的密度性能

根据有限时间热力学理论,研究了具有热阻、热漏和非等熵压缩与膨胀等的内、外部不可逆性的高炉余能余热驱动恒温热源不可逆Brayton热电联产循环密度特性,并与输出率特性进行了比较。研究表明,分别存在最佳循环压比使得密度和效率取得最大值;以密度为目标,可以使循环的效率提高,设备体积缩小,相应地,循环压比增大,总输出率减小。还分析了各循环参数对密度和效率的影响,发现存在最佳用户侧温度且热漏不影响循环的密度。

具有非理想气体工质的往复式Brayton循环多目标优化

基于前人建立的不可逆往复式Brayton循环模型,在考虑多种不可逆损失项和非理想气体比热模型的情况下,以压缩比为优化变量,对无因次功率、效率、无因次生态学函数和无因次功率密度进行性能分析与多目标优化,并通过比较3种决策方式得到的的偏差指数,获得优化方案。结果表明:在进行单目标分析时,四个目标函数性能指数会随着不可逆损失项系数的增大而减小;多目标优化结果相比单目标优化更优,其设计方案更理想。

不可逆简单MCBC在不同优化目标下的性能比较

应用有限时间热力学的理论和方法,导出了变温热源条件下简单不可逆等温加热修正Brayton循环(MCBC)的无因次功率、热效率、无因次功率密度、无因次熵产率和无因次生态学函数的解析式,并分别以它们为优化目标,详细对比了不同优化目标下的主要设计参数,指出了不同设计方案的优势与不足。本文所得结果可以为闭式燃气轮机装置优化设计提供理论指导。