考虑压降的开式布雷顿CHP装置性能优化

考虑工质在流动过程中的压降不可逆性,建立开式简单布雷顿热电联产装置的有限时间热力学模型。以可用能率、火用输出率、利润率、第一定律效率和火用效率为目标研究装置的性能。通过Matlab数值计算,在无燃料消耗和装置尺寸约束下,优化了压气机进口相对压降,得到了最优可用能率、火用输出率和利润率,进一步优化压比,得到了最大火用输出率和利润率;在有约束条件下,优化压气机进口相对压降,得到了最优第一定律效率和火用效率,同时得到了各部件最佳的流通面积分配,进一步优化压比,得到了最大第一定律效率和火用效率。研究设计参数对装置最优性能的影响,发现分别存在最佳的供热温度使火用输出率、利润率和火用效率取得双重最大值。通过比较发现按最大火用输出率设计能使装置具有较大的可用能率和较低的压比,按最大利润率设计能使装置具有较大的第一定律效率和火用效率以及较低的燃料和空气消耗。     

回热式布雷顿-两平行逆布雷顿联合循环第一定律分析与优化

提出了回热式布雷顿-两平行逆布雷顿联合循环模型。对该模型进行了第一定律性能分析与优化,得出了该循环最优效率和最优比功的表达式,分析了回热度及其他参数对联合循环最优热效率和最优比功的影响。分析表明,增加回热器后能提高联合循环的热效率,但此时联合循环的输出比功较小。     

恒温热源内可逆Lenoir循环功率效率特性分析与优化

基于有限时间热力学理论,对恒温热源内可逆Lenoir循环进行功率效率特性分析与优化,得到换热器总热导给定的条件下循环的最大功率和最大效率。结果表明:在给定高、低温侧换热器热导的条件下,循环的功率、效率特性呈现"点"的特征;在高、低温侧换热器热导可优化的条件下,存在最佳的热导分配,使得循环的功率或效率取得最大值。高、低温热源温比增大或换热器总热导增大时,循环的功率、效率都将增大。     

开式双轴燃气轮机循环的热力学优化

考虑实际动力装置的尺寸约束,基于有限时间热力学的思想建立了具有压降不可逆性的开式双轴燃气轮机循环模型。在该模型中,工质沿途有八种流阻。这些流动阻力均为模型入口相对压降的函数,控制着循环输出功率等性能参数。导出的性能参数的函数表明,通过改变质量流率(或沿通流路径压力损失)可以使开式双轴燃气轮机循环的热力学性能最优。结果表明,循环最大输出功率对应一个最佳的质量流率(或沿通流路径压力损失),如此也可以确定一个压气机压比的附加最大值。在燃油消耗和装置总尺寸约束条件下,对模型入口和出口之间的流通面积进行优化分配,可以进一步优化循环功率效率。     

焦炉煤气驱动回热式燃气轮机装置热力学分析

建立利用富余焦炉煤气驱动的回热式燃气轮机装置模型,应用经典热力学和燃气轮机循环理论,对该装置热效率和输出功进行分析。通过数值计算,分析了煤气放散率、煤气富余率和回热器有效度等参数对装置性能的影响。结果表明:降低煤气放散率和提高煤气富余率时,装置的输出功都能得到提高;增加回热器后,装置热效率和输出功都得到了提高,焦炉煤气得到了有效的利用;分别存在1个最佳的压气机压比使装置热效率和功率达到最大值,即可通过合理选取压气机压比,使装置性能最优。     

高炉利用系数目标优化模型的研究与应用

以与炉腹煤气量指数相关联的高炉利用系数为优化目标,建立了包括物质和能量的平衡约束、工艺约束、操作条件约束、其他变量上下限约束共50个线性和非线性约束条件,原燃料参数、工艺参数、生铁质量参数共16个优化变量的高炉性能优化模型。利用序列二次规划算法,得出优化结果。经与实际生产数据比较,验证了模型的正确性。利用该优化模型和算法,分析了高炉炉腹煤气量指数、煤比、铁的直接还原度、鼓风温度、鼓风湿度、鼓风富氧率对高炉利用系数的影响。     

包含多变过程的内可逆Otto循环有限时间热力学分析

应用有限时间热力学理论分析了包含多变过程的内可逆Otto循环,由数值计算给出了考虑传热损失时循环输出功与压缩比、效率与压缩比以及输出功与效率的特性关系,分析了多变指数和传热损失对循环性能的影响,通过分析可知多变指数和传热对Otto循环性能有较大影响。计算所得的结果对实际Otto热机的设计和改进有一定的指导意义。     

基于系统动力学的烧结工序铁素流动态特性分析

运用系统动力学原理,采用因果关系和存量流量分析方法,在相对宏观的层面构建了钢铁生产过程烧结工序的铁素流动态模型。仿真结果准确,验证了系统动力学原理应用于钢铁生产流程研究的适用性及建模仿真的有效性。计算表明:烧结矿铁素流随时间的增加而不断增大,然后逐渐趋于稳定,且烧结矿铁素流在烧结初始时段增加速度最快;返回铁素流波动越大,烧结矿铁素流、损失铁素流和烧结机铁素重新达到输出稳定状态所需时间越长。     

闭式变温热源不可逆IFGT循环的生态学优化

计入工质与高、低温侧换热器和回热器的热阻损失、压气机和透平中不可逆压缩和膨胀及管路系统中的压力损失,用有限时间热力学理论和方法,导出了变温热源条件下闭式不可逆外燃式燃气轮机(IFGT,Indirectly Fired Gas Turbine,又称EFGT,Externally Fired Gas Turbine)无因次生态学函数的解析式,通过详细的数值计算,得到了最大生态学函数条件下高、低温侧换热器和回热器的热导率分配及工质和热源间的热容率匹配的全局最优解。     

实际闭式中冷回热燃气轮机循环功率优化

考虑循环过程中的热阻损失、内不可逆性以及管路系统压力损失,研究了变温热源条件下中冷回热燃气轮机循环性能,借助数值计算,得到了输出功率最大时高低温侧换热器、回热器和中冷器的热导率最佳分配和最佳中间压比。对总压比进行优化后,得到了双重最大功率。进一步寻求工质与热源热容率最佳匹配,得到了循环的三重最大功率。