闭式内可逆Atkinson循环最大生态学有效功率性能

建立恒温热源内可逆闭式Atkinson循环模型,以循环的生态学有效功率为目标,对循环性能进行分析和优化,导出生态学有效功率表达式,研究热源温比对循环性能的影响,对比循环在最大生态学有效功率、最大有效功率、最大生态学函数和最大功率条件下的特性。结果表明,生态学有效功率与热效率特性关系为类抛物线形,随着热源温比增大,最大生态学有效功率及其对应的效率增大;生态学有效功率与功率(生态学函数)特性关系为扭叶形。除了最大生态学有效功率点外,对于任一给定生态学有效功率工作点,均对应两个功率(生态学函数)值,实际设计中,应该使热机工作于功率(生态学函数)较大的状态点;生态学有效功率反映出功率与熵产率之间的折衷以及功率与热效率之间的折衷。

内可逆Ericsson循环最大生态学有效功率性能

应用有限时间热力学分析方法,在已有文献建立的内可逆Ericsson循环模型基础上,以生态学有效功率为目标函数,研究循环的性能特性。通过数值计算,分析参数K/lnr_(p)(K是与回热时间系数有关的变量,rp是压力比)和传热系数对生态学有效功率与效率、温比和功率特性关系的影响,并对比循环在最大生态学有效功率、最大功率、最大有效功率和最大生态学函数条件下的性能差异。结果表明:生态学有效功率与温比和效率呈类抛物线型,生态学有效功率与功率呈扭叶型,循环的最大生态学有效功率及其对应的最优温比和功率随K/lnr_(p)增大或传热系数的降低而减小;以生态学有效功率为优化目标时牺牲部分输出功率,提高了效率,降低了熵产率,为实际热机性能优化设计提供一种新的方案。

闭式简单燃气轮机循环生态学有效功率特性

内可逆闭式简单燃气轮机循环(Brayton循环)模型是基于有限时间热力学理论和已有文献建立的热力学循环模型。以生态学有效功率为优化目标,研究了该循环的性能特性,导出了生态学有效功率的表达式,分析了不同热源温比下该循环的无因次生态学有效功率与压比、效率和无因次功率的关系,比较了该循环的生态学有效功率与其他多个目标函数的性能差异。结果表明:无因次生态学有效功率与压比和效率的关系呈类抛物线型,存在最优压比使无因次生态学有效功率最大;无因次生态学有效功率与无因次功率的关系呈扭叶型,任一给定的无因次生态学有效功率值都对应2个无因次功率值,实际设计时,热机应选择功率较大的工况点;如果将热源温比提高,则无因次生态学有效功率及其目标下的无因次功率、效率和最佳压比均提高;追求生态学有效功率以牺牲热机的部分功率来提升循环的热效率,可大幅度降低熵产率。研究成果可以为Brayton循环热机的设计和优化提供参考。

内可逆闭式Braysson循环生态学有效功率特性

基于有限时间热力学理论和前人建立的恒温热源闭式Braysson循环模型,以生态学有效功率E_(η)为目标,研究了循环性能特性,推导出了E_(η)的表达式。通过数值分析的方法,分析了工质热容率C_(wf)、工质对数温比x和热导率分配u对E_(η)性能的影响,比较了循环工作在最大无因次生态学有效功率E_(η,max)、最大无因次功率P_(max)、最大无因次生态学函数E_(max)和最大无因次有效功率E_(P,max)条件下的性能差异。研究结果表明:在给定C_(wf)的情况下,存在最佳的工质对数温比(x_(opt))和热导率分配(u_(opt))使循环的E_(η)达到最大值;在分别给定x和u的情况下,E_(η)随着C_(wf)的增大而减小;当设计目标从其他目标转为E_(η)时,可以通过牺牲部分功率换取效率的提升。