闭式布雷顿循环系统变负荷运行特性分析

以某型10 MW闭式氦气布雷顿循环系统为研究对象,分析其分别采用容积控制法和旁通控制法调节系统负荷时的系统动态响应特性。研究表明:旁通控制法动态响应快但在部分负荷下系统效率降低,容积控制法动态响应慢但在部分负荷下系统仍能维持高效率。     

太阳能驱动闭式不可逆布雷顿循环性能解析式

在计入换热器阻和压气机，涡轮中不可逆损失后，导出太阳能驱动变温热源闭式简单布雷顿循环功率，效率与循环压比关系的解析公式。     

闭式氦气轮机循环建模及循环特性优化分析

氦气闭式布雷顿循环可用作高温气冷堆热电转换装置，能够有效降低传统核电机组复杂程度，提升热电转换效率。为详细研究氦气闭式布雷顿循环特性，指导工程样机设计，基于Refprop提供的真实气体模型建立了简单、间冷、回热以及间冷-回热四种闭式布雷顿循环数学模型；然后通过对比分析方法，揭示了关键参数变化对循环特性的影响，重点阐述了间冷、回热器对循环性能的作用机制：1)回热器能够有效回收涡轮出口氦气热量，大幅提升循环热效率，并且能够降低系统达到最佳循环效率所需压比；2)使用间冷器虽然能够降低压缩系统功耗，但受间冷器流道内压损影响，需综合考虑系统复杂度、研制成本及循环性能等因素确定系统是否需要间冷器。     

闭式不可逆等温加热修正双布雷顿循环功率与效率特性分析

应用有限时间热力学理论,建立了闭式变温热源不可逆等温加热修正双布雷顿循环模型,推导出循环的无因次功率和效率的解析式。通过数值计算,分析了压气机压比、高低温侧换热器有效度、回热器有效度和燃烧室外侧流体入口温比等特征参数对循环性能的影响。研究结果表明,分别存在一对最优的顶循环压比和底循环压比使循环输出功率和效率取得最大值。提高高低温侧换热器有效度和燃烧室外侧流体入口温比均有利于提高系统输出功率和效率,同时还发现,回热器有效度对该循环功率有影响这一不同于经典热力学结论的新现象。     

中冷后回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环

提出了中冷后回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环构型,建立了其热力学模型。对该模型进行了热力学第一定律分析与优化,推导出了热效率和比功的解析式,讨论了总压比给定和总压比变化两种情形,优化了中间压比,通过数值计算详细分析了各主要设计参数对循环一般性能和最优性能的影响。发现存在最佳的中冷压比使循环效率和比功获得最大值;存在最佳的总压比使循环效率和比功获得最大值;在总压比较大时,底循环最佳压比小于等于1,此时压气机3可以取消。     

空间核能布雷顿循环系统热力学参数分析及优化*

在深空探索快速发展的背景下,空间核能布雷顿循环系统因其能量密度高、环境适应性强、效率高等优势成为深空探测的理想方案之一。与地面发电站不同的是,空间能量转换系统要兼顾系统效率和轻量化的要求,而系统关键参数对系统的效率和质量等性能有着重要的影响。因此,开展热力学参数分析和优化对空间核能布雷顿循环系统的设计具有重要意义。通过建立空间核能布雷顿循环的数学模型和系统部件的质量计算模型,以“质量比功率”为性能优化目标,研究压气机进口温度、压气机压比和涡轮进口温度等参数对系统性能的影响,并采用正交实验法进行优化分析。结果表明,压气机进口温度和压气机压比存在最优值使质量比功率取得最小值,涡轮进口温度升高有利于提高系统的发电效率和降低系统质量。涡轮进口温度的最优值为1 500 K,压气机进口温度的最优值范围为416 ~ 508 K,压气机压比的最优值范围为2.4 ~ 3.1。     

不可逆回热布雷顿CCHP装置FTT建模

应用有限时间热力学理论和方法(FTT)建立了闭式不可逆回热布雷顿热电冷联产(CCHP)装置模型,导出了装置无量纲可用能率、火用输出率、利润率、第一定律效率和火用效率的解析式。通过数值计算得到了各个性能指标与压比的关系,优化了压比。分析了设计参数对最优性能的影响,发现回热能够显著增大第一定律效率和火用效率;增大压气机和透平效率、压力恢复系数能够增大5个性能指标,但前者使相应压比增大,后者使相应压比减小;增大热电比能够显著增大可用能率和第一定律效率;分别存在最佳的供热温度使5个最优性能指标取得最大值;提高冷库温度能增大可用能率和第一定律效率,但会降低火用输出率、火用效率和利润率。     

中冷后回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环性能优化"

对中冷后回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环构型进行有限时间热力学分析和优化,推导出了燃料燃烧放热流率、循环净功率、循环热效率和各个部件由于流动不可逆性产生的压力损失与顶循环压气机进口相对压力损失的函数关系。给出了循环净功率的分析和优化结果,以及在燃油消耗和尺寸约束条件下循环热效率的分析和优化结果。通过数值计算,详细分析了各主要设计参数对循环最优性能的影响。研究发现,存在最佳的中冷压比、压气机1进口相对压力损失、压气机3的压比和总压比,使循环功率获得最优值;在燃油消耗和装置尺寸的约束下,存在最佳的中冷压比、压气机1进口相对压力损失和总压比,使循环效率获得最优值;中冷过程能有效提高循环的功率,回热对循环功率影响很小。     

基于变效率压气机的CAES系统性能分析

为准确的研究压气机效率对压缩空气储能系统的影响,在传统储能系统的基础上,考虑压气机效率的变化,将压气机效率恒定的储能模型变为效率随压比变化的储能模型。通过拟合压气机性能曲线得到压气机的效率公式,并在此基础上采用热力性能仿真计算的方法,对比分析变压比模型和恒压比模型。结果表明:恒压比模型结构配置相对简单,在相同储气条件下压缩耗功更少,储能效率更高;对两种压气机机组模型均存在压缩效率最高的最佳储气压比。     

考虑实际气体性质的三轴燃气轮机中冷循环性能优化

考虑实际气体的热力性质,建立了三轴燃气轮机中冷循环的热力模型,以循环功率和效率为优化目标,对中间压比(或低压压气机压比)的分配进行了优化,同时分析了低压压气机进口气流温度、中冷度和总压比对循环性能的影响。研究发现,与不考虑实际气体热力性质的研究结论相比,循环功率或效率最大时的中间压比并不等于高压压气机压比。