能量利用系统的构形热力学优化理论——研究进展与太阳能驱动热电冷氢联产系统优化应用初探

首先介绍了有限时间热力学、构形设计和构形热力学优化等热学优化新理论的起源和最新研究进展;其次介绍了这些新理论在热力循环和部件性能优化中的应用研究进展;然后基于能量的高效梯级利用,提出了基于太阳能和燃料补能的能源供给方式,集成燃气轮机循环、超临界二氧化碳布雷顿循环、有机朗肯循环、吸收式制冷循环和制氢过程,建立太阳能驱动热电冷氢联产系统新构型;最后对此联产系统新构型的构形热力学优化作了初步探讨。核心是围绕联产系统的“热-电-冷-氢”协同优化机理及调控机制、热力部件“流-结构-性能”的耦合演化规律与传热和热功转换强化机理、联产系统的能量高效梯级利用与多参数构形热力学优化三个关键科学问题,考虑子循环串/并/混联三种模式,综合运用理论解析、数值计算和实验验证的方法,开展联产系统的有限时间热力学优化、热力部件的构形设计、联产系统的构形热力学优化、三种联产系统优化结果的综合比较,实现联产系统热力部件与热力循环性能的一体化全局优化,促进形成一种多联产总能系统能量梯级利用优化理论的思路与框架,服务“双碳”战略。

基于热效率最大的卡琳娜–有机朗肯联合循环构形热力学优化

建立卡琳娜–有机朗肯联合循环模型,以联合循环热效率为优化目标,以部件结构参数为优化变量,在换热器总传热面积一定的条件下,结合构形理论和有限时间热力学,对其进行构形热力学优化。在相同条件下比较联合循环与单一卡琳娜循环和单一有机朗肯循环的最优性能。结果表明:与初始设计点相比,优化后的联合循环热效率提高了40.83%。与卡琳娜循环和有机朗肯循环相比,联合循环的净输出功率分别提高了49.89%和66.82%,而联合循环的热效率分别提高了57.76%和降低了4.69%。所得优化结果可为低温余热资源利用系统的优化设计提供参考。

船海用蒸汽动力装置构形优化理论研究进展

本文从船舶蒸汽动力装置和海洋热能转换装置两个方面介绍了船海用蒸汽动力装置构形优化理论研究进展.首先回顾了包括蒸发器、过热器、经济器、锅炉整体和冷凝器在内的船舶蒸汽动力装置主要换热部件模型和包括蒸发器、冷凝器、双压透平和整体系统在内的海洋热能转换装置主要换热和能量转换部件和系统模型,然后介绍了基于熵产生最小化理论、有限时间热力学理论、理论和构形理论等现代热学理论的两种装置主要部件的构形优化和海洋热能转换系统的构形热力学优化工作,重点比较了优化前后、不同优化目标和不同系统结构下优化结果的异同.最后,对构形热力学优化应用于一般动力系统能量传递和转换过程优化设计和节能降耗的理论研究做出了展望.