多级回热压缩超临界二氧化碳循环的构建及分析

超临界二氧化碳循环结构多样。详细讨论回热压缩过程对循环效率的影响。通过热力学第一定律,推导发现再压缩循环的热效率可以分成2部分表示,一部分的效率与单回热布雷顿循环效率相同,另一部分为100%,这2部分的份额分别与主、辅压缩机内流量份额相同。依据这一发现,再压缩循环可被看作是在单回热布雷顿循环的基础上叠加一个效率为100%的循环。受这一发现的启发,在再压缩循环的基础上进一步叠加效率为100%的循环,则构建出三级回热压缩循环。然而上述构造方法需满足2个构造条件:端点温差条件和净输出功条件。当满足构建条件时,就能通过这种方法,获得更高一级的回热压缩循环。且随回热压缩级数提高,循环效率就会提高。

基于多级压缩回热过程的半闭式S-CO_(2)循环回热优化研究

在单回热半闭式超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))循环中,CO_(2)在不同温度和压力下的比热容差异较大,导致回热器两侧工质的温度匹配性较差,不可逆损失较大。构建多级压缩回热过程是改善单回热循环回热性能的有效方法。该文在单回热循环的基础上,通过添加分流再压缩过程,提出再压缩半闭式S-CO_(2)循环,并获得6.63%的效率提升,同时从数学公式中证明效率提高的原因是叠加了净功。进一步构建三压缩循环时,发现回热器两侧工质流量的不匹配使得回热器内部出现温度交叉,体现出半闭式S-CO_(2)循环存在多种质量流耦合匹配问题,可通过对燃料、氧气和回流CO_(2)在回热器中进行流量匹配来解决。结果表明,三压缩循环相比再压缩循环的效率可进一步提高1.47%。通过构建多级压缩回热过程,充分挖掘了半闭式S-CO_(2)循环的效率潜力,可获得较好的性能。