新型核能系统S-CO2布雷顿循环特性研究

根据中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)概念设计,完成了CiADS与超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环的设计分析.分析了再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环关键参数对S-CO_2布雷顿循环系统热力学性质的影响.计算结果表明,汽轮机入口温度、系统循环压比、冷凝器热端出口温度、高低温回热器端差等循环参数对循环热效率有显著影响.利用遗传算法优化计算CiADS与S-CO_2结合最高效率为35.932%,与其他采用超临界二氧化碳布雷顿循环的核电站相比,加速器驱动嬗变研究装置的热效率不是最高的,但其热效率随着反应堆出口温度的升高而提高.证明了CiADS与S-CO_2结合进行发电是一种可行的设计.     

船用低速柴油机烟气余热S-CO2布雷顿循环系统优化

针对远洋船舶节能减排和高效营运的需求,从提高船用低速柴油机总效率出发,对其烟气进行余热回收,搭建三种布置形式的超临界二氧化碳布雷顿循环.将实测的6EX340EF-UA型船用低速柴油机不同工况烟气参数作为输入,以系统总效率和净输出功为目标,对系统循环参数进行优化.结果表明,再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环的烟气余热回收系统...     

基于开源求解工具的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器流动传热特性数值研究

超临界二氧化碳作为工质的布雷顿循环中印刷电路板式微通道换热器(printed circuit heat exchanger, PCHE)作为连接主压缩机、透平等涡轮机械的关键设备之一,其换热能力是否满足系统设计的工况要求,以及其运行的稳定性,对于整个发电循环的效率和安全性都有着重要的影响。采用流体-固体强耦合传热模型,对换热器内部超临界二氧化碳的流动和流固耦合传热过程进行数值分析。在稳定运行工况下,采用努塞尔数衡量换热器内部的换热不均匀性,得出沿着冷、热通道对流传热强度变化等指标。在非稳态工况下,不仅研究了流动传热特性,还研究了由于PCHE内部换热能力不均匀分布可能导致的部分二氧化碳工质偏离超临界态的风险区域,为超临界二氧化碳发电循环的设计优化和实验验证提供了参考。基于开源的流体力学及传热求解软件,通过测试开源求解工具对于PCHE流动传热特性分析的能力,为基于开源求解工具开发PCHE及超临界二氧化碳发电循环的数值分析专用工具平台,建立针对超临界二氧化碳发电设施的数字孪生系统奠定基础。     

基于总效率最优的中低温余热有机朗肯循环性能

为提高有机朗肯循环在回收中低温余热领域的效率,建立固定换热面积的蒸发器离散模型,分析变压力比、冷凝温度、蒸发温度和工质质量流率对有机朗肯循环性能的影响。研究结果表明:当蒸发温度和压力比一定时,存在不同的最佳冷凝温度使系统总效率和循环效率最高,其值分别可达8.95%和7.20%;当冷凝温度一定时,系统总效率随蒸发温度升高而增加;系统总效率与工质质量流率变化规律一致;而除在蒸发温度变化工况下,冷却水温度对系统总效率的影响不超过0.23%。     

船载GT-sCO2双布雷顿联合循环经济分析与多目标优化

为了进一步提高船载动力系统中燃气轮机的效率且降低能源消耗与经济成本，本文对由燃气轮机循环与超临界二氧化碳循环组成的双布雷顿联合循环系统GT-sCO₂进行了热力性能与经济性能的分析与优化。对拟建系统进行了■经济分析，选取6个决策变量并研究参数对■效率和单位电力成本两个目标函数的影响。采用基于非支配排序遗传算法的多目标优化方法，对联合循环进行优化以获得最优的系统参数。结果表明，在设计工况下，相对于单一的燃气轮机循环，GT-sCO₂联合循环净功率增加了29.44%,■效率提高了29.21%,单位电力成本降低了6.2%,联合循环从热力性能和经济性能上都具有明显优势。联合循环各部件的■损失之和约占总输入■的31.66%,■损失成本占总成本的69.85%,需要优化关键部件的热力参数以提高循环的■经济性。通过控制变量进行的参数研究结果表明，系统■效率及单位电力成本具有不同决策变量的最优值。多目标优化获得联合系统最佳的■效率为48.44%,最佳的单位电力成本为0.292 6元/(kW·h),循环的净输出功率为42 804 kW。本文从热力性和经济性的角度为船...     

变温热源不可逆联合热机循环的性能优化

建立了受外部热源有限热容、热阻和工质内不可逆性影响的不可逆联合热机循环新模型。应用对数平均温差(LMTD)和最优控制论方法,研究了循环的性能特性,导出了效率与输出功率间的优化关系,进而获得最大输出功率及其相应的效率,从而确定了输出功率和效率的优化区域,并通过数值算例和图形详细分析了高、低温端热交换因子和工质内不可逆因子对联合热机循环性能的影响。所得结论对改善联合热机循环性能有重要的指导意义。     

船用燃气轮机超临界CO_2/有机闪蒸余热回收循环的热力学分析

为了提高船用燃气轮机效率并降低排烟温度,提出一种由超临界CO_2循环和有机闪蒸循环组成的新型余热回收循环:该循环中超临界CO_2循环回收高温烟气,有机闪蒸循环回收低温烟气。对该系统进行了热力学分析和以循环净功率为目标函数的优化分析,结果表明:在基本工况下,接入该余热回收循环后的燃气轮机热效率和■效率高达50.4%和68.93%,比未接余热回收循环的燃气轮机热效率提高了44%,■效率提高了43.6%;冷凝器■损最大,为842.04 kW,占余热回收循环总■的6%;当CO_2压气机压比越大、加热器1和加热器2的端点温差越小时,余热回收循环的净功率越大;有机闪蒸循环的蒸发温度处于最佳值时,余热回收循环净功率最大;当有机工质为对二甲苯时,该余热回收循环的净功率最高,为9 759.64 kW,最终排烟温度最低,为177.6℃。     

内可逆闭式布雷顿联产装置(炯)输出率与(炯)效率

应用有限时间热力学方法,分析了恒温热源条件下内可逆闭式布雷顿联产装置的火用输出率,导出了无因次总输出率及效率公式.利用数值计算的方法,分析了输出率与热导分配比、循环压比参数之间的关系,研究表明:存在最佳的热导分配比和最优的压比参数,使得装置的输出率最大.进一步探讨了循环温比、用户温比、电热比对最大输出率和最佳热导分配比的影响,发现,高温侧最佳热导分配比始终保持在0.5左右.     

一种用于内燃机排气能量回收的新型布雷顿循环系统

为回收涡轮增压内燃机排气(IC)能量,提出一种新型布雷顿循环系统:在增压系统耦合1个高速电机作为布雷顿循环负载,回收涡轮功率;将内燃机视为布雷顿循环的燃烧器,通过改变其运行参数来调节布雷顿循环工质状态和参数。以某增压柴油机为研究对象,根据试验数据建立并标定循环系统的GT-Power仿真模型。研究不同转速下涡轮旁通阀开度、进气压力和循环喷油量对布雷顿循环性能参数的影响。研究结果表明:该布雷顿循环可以有效回收排气能量;涡前流量、压力和温度与布雷顿循环输出功率及热效率呈正相关;随进气压力增大,布雷顿循环功率和效率先增大后减小;循环喷油量增大,布雷顿循环输出功率和效率均增大,但系统总效率下降;当转速为3 400 r/min时,最大输出功率为18.30 kW,最大循环热效率为9.51%;系统总热效率相对于原机提高5.74%。     

基于SOFC/GT和跨临界CO_2动力/制冷循环的冷热电联供系统性能

提出了一种新型的冷热电联供系统,通过跨临界CO_2动力循环回收SOFC/GT系统的排烟余热进行发电,利用跨临界CO_2制冷循环向用户提供冷量和生活热水.建立了该联供系统热力性能的仿真计算模型,对系统进行了能量和■分析,并对该联供系统的一些关键参数进行了敏感性分析.仿真结果表明,在设计条件下,该系统的净发电效率为61.54%,总■效率为62.24%,净发电量、供热量和供冷量分别为246.507、241.501和45.616 kW,■损失较大的部件依次为后燃室、预热器3和SOFC等.在研究的参数范围内,增大跨临界CO_2制冷循环流率或降低空气流率和跨临界CO_2动力循环流率均可提高系统的总能输出量;增大SOFC工作压力或降低空气流率和跨临界CO_2制冷循环流率均可提高联供系统的净发电效率和总■效率.