后回热式布雷顿-两平行逆布雷顿联合循环能量分析与优化

提出了后回热式布雷顿-两平行逆布雷顿联合循环模型。对该联合循环进行了能量分析,导出了联合循环热效率和比功的表达式,以热效率和比功为目标对该联合循环的性能进行了优化,分析了回热器有效度和其他参数对最优热效率和最优比功的影响。分析表明,以热效率为优化目标时,该联合循环的最优热效率随着回热度的增加而增加,其相应比功随着回热度的增加而减小;以比功为优化目标时,回热度对该联合循环的最优比功的影响很小,其相应热效率随着回热度的增加而增加。     

一种新型回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环

相对于已有的高温工质进入回热器回热后再进入底循环做功的回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环模型,本文提出了一种新型的高温工质在底循环做功后再进入回热器回热的回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环模型。对两种回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环进行了第一定律性能分析与优化,得出了两种联合循环的最优热效率和最优比功的表达式,比较了两种联合循环的热效率及比功特性,并分析了回热器有效度对两种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两种联合循环的热效率,与已有的联合循环相比,新型联合循环能在其顶循环压气机压比较小的情况下获得较大的热效率和比功。     

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。     

回热型SCO2布雷顿循环及压气机设计

为了解决船舶、飞行器等动力装置的持续供电问题，选定超临界二氧化碳(SCO₂)布雷顿循环作为动力来源。用Aspen plus软件对简单型、回热型和再压缩型SCO₂布雷顿循环进行分析，根据设计工况下循环的热效率和功率以及循环系统的重量，最终选择回热型SCO₂布雷顿循环作为动力装置的供电循环。对回热循环进行分析，分析结果表明：在回热循环中随着压气机、涡轮效率增大，循环的热效率和循环功率也增大。压气机出口压力对循环热效率的影响可以近似为线性，涡轮入口温度对循环热效率几乎没有影响。换热器温度对效率的影响大于压力对效率的影响并且换热器对循环功率几乎没有影响。在确定回热循环压气机工况参数后，利用Concepts NREC COMPAL软件和CFX软件分别对回热循环的压气机进行了一维设计和三维计算，设计出了等熵效率能够达到90.53%的单级离心压气机。     

超临界二氧化碳布雷顿/有机朗肯循环联合系统的热力学特性

针对再压缩式超临界二氧化碳布雷顿发电循环(S-CO_2),将有机朗肯循环(ORC)作为底循环用于回收系统余热,建立了S-CO_2/ORC联合循环。采用Aspen Plus建立分析模型,根据顶循环余热温度范围和安全环保要求,选取R245fa作为ORC系统工质,分析透平进口温度、透平进口压力及分流比对循环效率的影响,并通过分析耗能设备的功率变化找到影响系统效率变化的因素。结果表明:通过顶循环低温余热的回收利用,系统热效率提高4%以上;增大透平进口温度可提高顶循环的热效率,但对底循环热效率的影响较小;随着顶循环透平进口压力的增大,顶循环热效率增加而底循环热效率下降;在透平入口温度680℃、入口压力280 MPa的条件下,存在最优的再压缩循环分流比0.66使得联合循环热效率最高;使用ORC底循环回收顶循环余热,最高可以将系统热效率从50.3%提高到53.7%,联合系统可以获得6.7%的效率提升。     

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。     

一种超临界二氧化碳布雷顿循环

为提高布雷顿循环热效率,在现有超临界二氧化碳布雷顿循环的基础上,提出一种基于回热技术的分级压缩与分级膨胀相结合的再压缩布雷顿循环方案,运用热力学计算软件EES对该循环参数进行热力学分析。结果表明,当分流系数约为0.47,透平入口温度为950 K,透平入口压力为29.0 MPa时,循环热效率为59%。当透平入口温度一定,分流系数在0.47～0.48时,循环热效率最高。在透平入口压力从20.0往29.0 MPa升高的过程中,最佳分流系数从0.39逐渐增加到0.47。在回热度从0.5增长到0.6的过程中,最佳分流系数从0.47增长到0.50。     

变温热源内可逆中冷回热布雷顿循环功率密度优化

以功率密度为目标,用有限时间热力学的方法,通过数值计算,对变温热源条件下的内可逆中冷回热布雷顿循环的高、低温侧换热器的热导率分配和中间压比、循环总压比和工质与热源间的热容率匹配进行优化。分别得到了最大功率密度、双重最大功率密度和三重最大功率密度,并分析了热力学参数对高低温侧换热器的热导率最优分配、最佳中间压比、最大功率密度和双重最大功率密度的影响。     

布雷顿与斯特林联合循环性能分析

本文构建了一个由布雷顿循环与斯特林循环组成的新型联合循环,用有限时间热力学的方法分析具有热阻、热漏的布雷顿与斯特林联合循环性能。导出了在牛顿传热律下联合循环无因次功率、效率的解析式,并通过数值算例得到它们之间的关系。分析并研究了各种参数对联合循环的性能影响。     

超临界二氧化碳布雷顿循环研究进展

超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率高(可达50％)、系统结构紧凑、压缩耗功少、降本潜力大,可与化石能源、核能和太阳能等多种形式热源相结合,应用前景广阔.从关键部件和循环系统的角度综述了国内外超临界二氧化碳布雷顿循环在热源设备、动力设备、回热设备、冷却设备以及设计优化等方面的研究进展,分析了超临界二氧化碳关键部件的实验测...     

Performance optimisation for two classes of combined regenerative Brayton and inverse Brayton cycles

This paper proposes a new cyclic model of combined regenerative Brayton and inverse Brayton cycles. The new combined regenerative Brayton and inverse Brayton cycles recover heat energy after the working fluid leaves the turbine of the inverse Brayton cycle while the original combined regenerative Brayton and inverse Brayton cycles recover heat energy before the working fluid enters the turbine of the inverse Brayton cycle. Performance analysis and optimisation of the two classes combined cycles are carried out. Furthermore, the effect of the regenerator on the performance of the two combined cycles is analysed. It is found that the new combined cycle can obtain higher thermal efficiency and larger specific work than those of the original combined cycle at low compressor pressure ratio of the top cycle, and the regenerator can improve the performance of both the combined cycles. By theoretical analysis of this paper, it reveals that the new combined cycle will be well applied in the prospect, and the original combined cycle will be suited to low power output equipments. This paper aims at enriching the gas turbine theory and providing a possible way to save energy.     

Maximum power of an endoreversible intercooled Brayton cycle

This paper describes an application of finite‐time thermodynamics to optimize the power output of endoreversible intercooled Brayton cycles coupled to two heat reservoirs with infinite thermal capacitance rates. The effects of intercooling on the maximum power and maximum‐power efficiency of an endoreversible Brayton cycle are examined. With appropriate temperature ratios of turbines and compressors being used, the maximum power output of an endoreversible intercooled Brayton cycle can be higher than that of an endoreversible simple Brayton cycle without lowering the thermal efficiency. New diagrams for maximum power, maximum‐power thermal efficiency, and optimum temperature ratios of turbines and compressors are reported. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Ecological performance analysis of an endoreversible modified Brayton cycle

An endoreversible closed modified simple Brayton cycle model with isothermal heat addition coupled to variable-temperature heat reservoirs is established using finite-time thermodynamics. Analytical expressions of dimensionless power output, thermal efficiency, dimensionless entropy generation rate and dimensionless ecological function are derived. Influences of cycle thermodynamic parameters on ecological performance and optimal compressor pressure ratio, optimal power output, optimal cycle thermal efficiency and optimal entropy generation rate corresponding to maximum ecological function are obtained and compared with those corresponding to maximum power output. The results show that cycle thermal efficiency improvement and entropy generation rate reduction are obtained at the expense of higher compressor pressure ratio and a little sacrifice of power output at maximum ecological function. The compromises between power output and entropy generation rate and between power output and cycle thermal efficiency, respectively, are achieved.     

Brayton refrigeration cycle for gas turbine inlet air cooling

In this paper, a new approach to enhance the performance of gas turbines operating in hot climates is investigated. Cooling the intake air at the compressor bell mouth is achieved by an air Brayton refrigerator (reverse Joule Brayton cycle) driven by the gas turbine and uses air as the working fluid. Fraction of the air is extracted from the compressor at an intermediate pressure, cooled and then expands to obtain a cold air stream, which mixes with the ambient intake. Mass and energy balance analysis of the gas turbine and the coupled Brayton refrigerator are performed. Relationships are derived for a simple open gas turbine coupled to Brayton refrigeration cycle, the heat rejected from the cooling cycle can be utilized by an industrial process such as a desalination plant. The performance improvement in terms of power gain ratio (PGR) and thermal efficiency change (TEC) factor is calculated. The results show that for fixed pressure ratio and ambient conditions, power and efficiency improvements are functions of the extraction pressure ratio and the fraction of mass extracted from the air compressor. The performance improvement is calculated for ambient temperature of 45°C and 43.4% relative humidity. The results indicated that the intake temperature could be lowered below the ISO standard with power increase up to 19.58% and appreciable decrease in the thermal efficiency (5.76% of the site value). Additionally, the present approach improved both power gain and thermal efficiency factors if air is extracted at 2 bar which is unlike all other mechanical chilling methods. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有热阻和热漏的再热布雷顿循环性能分析

用有限时间热力学方法建立了一个工作在恒温热源TH、TL之间,存在热阻、热漏和再热的定常流空气标准闭式布雷顿循环模型。导出了其功率、效率的一般关系并对其进行优化,得到循环的基本优化关系;分析了在傅立叶导热定律下再热对循环最优性能的影响。     

闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置(火用)分析

应用有限时间热力学理论和方法建立了闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置模型,导出了装置无量纲(火用)输出率和效率的解析式。通过数值计算分析了回热器热导率对(火用)输出率和(火用)效率的影响,发现存在临界压比,同时优化了压比,研究了热电比、制冷和供热温度等设计参数对最优(火用)输出率和(火用)效率以及相应最佳压比的影响,发现最优(火用)输出率时的设计压比要大于最优(火用)效率时的设计压比,最优(火用)输出率和(火用)效率均随冷用户温度的升高而减小,分别存在最佳的热用户温度使(火用)输出率和(火用)效率取得最大值,热用户温度对装置最优(火用)性能的影响比冷用户温度更为明显。     

闭式内可逆中冷回热布雷顿循环的功率优化

考虑高低温侧换热器、回热器和中冷器的热阻损失,以功率为优化目标,对恒温热源条件下内可逆闭式布雷顿循环的高低温侧换热器、回热器和中冷器的热导率以及中间压比的分配进行了优化。借助数值计算,分析了一些主要循环特征参数对最大功率及相应热导率和中间压比分配、双重最大功率的影响。     

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。     

空间站闭式Brayton循环及我国在相关方面的研究

对闭式Brayton循环太阳能热动力系统的组成 ,发电原理及循环工质如何选择进行了论述 ,着重讨论了该循环主要的能量转换模块———涡轮发电机 压缩机。与光伏电池相比 ,太阳能热动力系统具有效率高 ,质量轻 ,费用少 ,寿命长等特点。我国对闭式Brayton循环做过大量的研究 ,积累了丰富的经验 ,但仍存在一些技术较为薄弱的方面