回热型S-CO2布雷顿循环的㶲效率分析与优化

回热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收利用领域具有较大的发展和应用潜力,对其开展性能分析与优化具有重要意义。文中应用有限时间热力学理论,建立了变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,分析了工质质量流率、压缩机与透平效率、总热导率对循环■效率与循环压比特性关系的影响,然后在总热导率一定的条件下以■效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器的热导率分配比以及循环压比、工质质量流率进行优化。结果表明：在文中取值范围内,经优化后的■效率可比初始设计点提高37.96%。文中还给出了不同工质质量流率下■效率达到最大时所对应的设计参数。     

超临界二氧化碳核能系统负荷运行策略研究

为了确保超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环直接冷却核能系统在变负荷工况下的安全经济运行,利用稳态和瞬态回热器换热实验验证了自主研发的瞬态分析程序SCTRAN/CO₂在预测布雷顿循环动态特性方面的可行性,并以该程序作为分析工具,开展了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环核能系统分别在反应堆反应性扰动和二次侧冷却水流量扰动两种典型瞬态工况下的开环动态特性研究,开发了主压缩机入口温度恒定、堆芯出口温度恒定及改变循环工质装量的负荷运行策略,研究了系统在100%～50%～100%变负荷工况下的瞬态响应。结果表明,装量控制策略能实现以额定满功率5%/min的速率追踪负荷,并保证系统安全经济运行。此过程中,堆芯压力波动0.6 MPa,堆芯出口温度波动不超过5℃。研究获得的瞬态分析工具、开环特性和控制策略为此核能系统的负荷运行策略研究提供了参考。     

基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式太阳能集热发电系统

为了提高太阳能热发电系统的性能,建立了以熔融盐为传热介质、再压缩式超临界CO2布雷顿(SCO2)循环为动力循环的塔式太阳能集热发电系统的分析模型,分析了定日镜、腔式吸热器、再压缩式SCO2发电系统3个子系统的性能,并研究了太阳辐射强度和采用不同底循环的SCO2发电系统对整个电站性能的影响,最后对采用不同类型的蒸汽动力循环和SCO2循环为动力子系统的5种塔式太阳能集热发电系统进行了对比。结果显示:吸热器的能量损失率最小,但损失率最大;随着太阳辐射强度增大,吸热器和整个电站的热效率和效率均增大;采用有机朗肯循环和跨临CO2(TCO2)循环作为底循环对SCO2发电系统进行余热回收,可提高整个电站的热效率,并且SCO2-TCO2循环具有更高的热效率;相同条件下,不同的SCO2循环均比蒸汽动力循环具有更高的热效率和效率,其中基于SCO2-TCO2的塔式太阳能电站热效率最高。     

自旋系统量子布雷顿热机循环性能分析

本文建立了一种以无相互作用的自旋1／2系统为工质的量子布雷顿热机循环模型,基于量子主方程和半群方法,分析了循环的性能特征及时间演化公式,推导出效率和输出功率的一般表达式,并在一般情况下和高温极限下对循环的功率进行优化分析。     

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...     

超临界流体跨临界循环最优压力研究

介绍了超临界流体跨临界循环与传统亚临界循环的不同特点,对跨临界循环的最优压力进行了理论分析和研究,对超临界流体的跨临界循环的最优压力影响因素进行了分析和比较,探讨了超临界流体跨临界循环在热泵和干燥领域的应用前景.     

自循环处理机匣对S-CO2离心压缩机性能的影响

为研究某10 MW级超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)离心压缩机采用自循环处理机匣后其稳定工作裕度及压缩机性能的变化情况,采用数值模拟计算的方法对S-CO₂离心压缩机带实壁机匣和自循环处理机匣时分别进行定常数值计算。数值计算结果表明,采用自循环处理机匣时压缩机的稳定工作裕度比采用实壁机匣时稳定工作裕度增加了4%,同时压缩机的等熵效率和压比略微提高,且流道内非超临界区域明显减少。通过对压缩机性能和流场的比较,可得出采用自循环处理机匣,将压缩机喉部的低能流体回流至压缩机进口位置,改善了压缩机内部的流动状况,提高了压缩机的稳定性。     

非能动堆芯余热排出系统自然循环特性研究

通过对非能动堆芯余热排出系统的分析，建立了相应的数学模型，并编制程序进行了计算，计算结果表明，该系统能带走的４．５％的堆芯余热，使堆芯具有非能动安全性，文中分析讨论了系统的高度、冲角及上升段与下降段的三种传热边界条件对该系统的流量和余热排出能力的影响。     

ADS次临界堆脉冲中子源实验动态特性数值模拟研究

强外源驱动与深次临界度使得ADS次临界反应堆在中子学特性上与传统临界堆有较大差异,确定论中子学计算方法难以直接应用于ADS次临界堆.本文采用MCNPX程序对"快热"耦合ADS装置YALINA-Booster的PNS实验进行了模拟,并将模拟与实验结果进行比较.结果表明:在不同的堆芯布置方案和不同脉冲中子源特性下,模拟结果与实验结果具有良好的一致性,验证采用MCNPX程序研究ADS次临界堆中子学动态特性的可行性.     

超临界二氧化碳的自然循环流动特性

为了探究超临界二氧化碳(sCO₂)自然循环的流动特性,在系统压力为7.6～10.2 MPa和加热段入口温度为16～33℃的宽参数范围内,进行了sCO₂自然循环流动特性实验研究,详细分析了加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差等对循环特性的影响,并将实验结果和理论模型结果进行比较.结果表明:sCO₂自然循环的稳态质量流量随加热功率的提高先快速增加,达到峰值后开始缓慢降低;加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差均显著影响sCO₂自然循环的质量流量.理论模型的计算结果和实验结果一致,验证了理论模型的准确性.该结果可为设计高效的sCO₂自然循环系统提供参考.     

高超声速飞行器布雷顿循环PCHE中CO2换热特性数值研究

基于高超声速飞行器布雷顿循环中印刷电路板换热器(PCHE)的应用,对PCHE通道中的超临界换热进行了数值研究.阐述了热侧运行参数和冷侧运行参数对换热的影响机制.考察了热侧流体温度、流线和湍动能的分布情况.评价了热侧■流、壁面■流和通道综合换热系数,建立了热侧换热关联式.计算结果表明：热侧压力提高、热侧进口温度下降、冷侧进口温度减小,均导致热侧换热增强.局部高湍动能是强化换热的原因.提高热侧参数可使通道的■耗散性更小.     

加速器驱动的次临界系统生产233U的可行性研究

加速器驱动的次临界系统（Accelerator Driven Sub-critical System,ADS）是加速器技术和核反应堆技术的结合,其主要目的是应对当今快速增长的放射性核废料处理需求.本文初步探讨了在ADS系统中利用232Th生产可裂变核233U的可能性,估计了所需加速器的性能及其生产233U的产率和效率.我们建议用Be做中子慢化剂和增殖剂,将反应堆的中子能量大部分控制在1keV–1MeV,从而最大限度地降低232U的含量.也可进一步利用重水做慢化剂高233U的纯度.所生产的233U既可经分离取后在热堆中燃烧,也可直接用于钍基熔盐堆的初始装料,发挥233U优异的热中子性能.我们的结果表明,在技术上和经济上利用ADS生产233U很可能是可行的.我们的结果还表明,如果这一ADS系统主要目的是生产233U,所选择的次临界堆的最佳是快中子堆,而不是慢中子堆或快慢结合堆.最后我们建议对钍基核反应堆、233U的取分离工和辐射防护等方面的课开展进一步深入研究.     

-150℃逆布雷顿空气制冷机动态温降特性研究

为了研究空气制冷机的动态温降特性,对采用工作轮直径为24 mm的小型透平膨胀机和板翅式换热器的逆布雷顿循环空气制冷机实验台进行了改进.采用高真空绝热冷箱对制冷机进行绝热,可使绝对压力低于10-3 Pa,得到的设计制冷温度为-150℃.对不同进口参数和采用不同直径风机轮的制冷机工况进行了实验研究,获得了透平膨胀机的实际温降曲线;以实验系统为基础建立了数学模型,得到了相应的理论温降曲线.研究结果表明:风机轮尺寸对空气制冷机动态温降过程的影响较大,实验的最低温度低于-150℃;所建理论模型能够较好地预测实际系统温降的过程.     

跨临界CO2引射制冷循环临界背压分析

为了优化设计或控制引射系统的性能,建立了跨临界CO2引射制冷循环中引射器性能的设定背压模型,定义引射器临界背压为忽略引射器出口动能时的引射器迭代背压,分析了引射器背压和出口速度对系统性能的影响.结果表明:当引射器背压低于临界值时,引射系数保持不变,且在不同系统高压侧压力下均成立;系统性能系数(COP)随着背压升高而增大,在系统状态可控的情况下引射器背压应尽量靠近临界值.同时,不同背压下COP随高压侧压力变化的趋势相同,背压作为设计或控制参数不会影响高压侧压力的优化.引射器出口动能会因流动摩擦和冲击而转化成热量并造成系统的热力学损失,背压选取不当会造成较大的引射器出口速度,且随着背压降低,出口速度增大,随着系统高压侧压力升高,出口速度先急剧降低,再缓慢变化.     

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...     

核动力船舰超临界二氧化碳循环系统建模与性能分析

为探究以超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)布雷顿循环耦合核反应堆所构成的新型船舰动力装置的系统性能,选取4种高效紧凑的S-CO₂循环(再压缩、内冷、部分冷却及再热)耦合4种典型船用核反应堆(铅冷快堆、高温气冷快堆、钠冷快堆及压水堆),构建了16种核动力船舰S-CO₂循环动力系统及其热力学模型,研究分流比、透平入口压力、压缩机入口压力和循环最低温度对循环效率的影响.结果表明:存在最佳分流比及压缩机入口压力使循环效率达到最高;各系统循环效率随透平入口压力的提高,呈先迅速增长后趋于稳定趋势;S-CO₂再热循环应用于上述4种典型船用核反应堆二回路系统时效率最高,分别为46.6%、50.8%、 44.5%及32.5%;根据高温气冷快堆S-CO₂再热循环系统热力性能最佳,提出了其整体系统布置方案.     

加速器驱动次临界快堆初装堆芯的功率密度分布展平

为了降低以(U、Pu、Np、Am、Cm)O2为燃料的加速器驱动次临界快堆(ADSFR)堆芯径的功率峰因子,将堆芯精细地分为燃料高、低富集度区.采用耦合散裂中子源的产生(LAHET)、中子输运(MCNP)和核素燃耗(ORIGEN2)等计算程序的COUPLE程序系统进行计算分析.结果显示,在设定的0.97初始临界度下,富集度分割比为1.5时将给出最有利的结果:初始的全堆功率峰因子为1.692;以840 MW的热功率运行过程中,尽管全堆的功率峰因子不断升高,但至300 d时,只达到1.963.堆芯物理设计满足预期要求.     

跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环理论分析

对跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的理论研究,特别是对喷射器工作特性进行数值模拟,有助于改善实验系统的制冷性能。使用动量守恒和能量守恒方程建立了喷射器模型,同时考虑了系统稳态下喷射器出口干度和喷射系数的耦合关系。比较了不同的CO2冷却放热压力、蒸发温度、喷射器喷嘴效率和扩压效率等对理论循环性能的影响。理论分析表明:优化的喷射系数能显著改善制冷循环性能,蒸发温度和CO2冷却放热压力对系统性能的影响比较大,系统性能系数和喷射器喷射系数对喷射器的喷嘴效率和扩压效率的变化不敏感。     

先进战术战斗机推进系统循环参数优化研究

本文对有超音速巡航任务和没有超音速巡航任务段的先进战斗机推进系统的循环参数进行了最优化计算和分析对比，并分别研究了超音速巡航距离，发动机全寿命期费用和发动机部件效率对发动机最优循环参数选取的影响。