内可逆有机朗肯循环有限时间热力学优化

运用有限时间热力学理论建立了循环总换热面积一定时,考虑热源与循环工质的传热损失的亚临界简单内可逆有机朗肯循环模型。采用R245fa作为循环工质,分析了总换热面积、蒸发器面积比和循环工质的质量流率对循环净输出功率、热效率和热源出口温度的影响,发现合理选择上述参数可使循环的性能参数较优。所得结果对亚临界有机朗肯循环装置的设计和使用具有一定的指导意义。     

Dulong-Petit传热规律下甲烷蒸汽重整反应器熵产率最小化

基于有限时间热力学理论,考虑管式活塞流转化管外热源与管内混合反应物间传热服从Dulong–Petit传热规律[q∝?(T)~(1.25)],对管式活塞流反应器中的甲烷蒸汽重整反应进行优化。在管外热源温度分布完全可控及氢气(H_2)产率、进口压力、进口反应混合物总摩尔流率和惰性气体氮气(N2)的摩尔流率均给定的条件下,以化学反应、粘性流动、传热过程的总熵产率最小为目标,应用非线性规划数值方法对反应器的最小熵产率以及管外温度的最优分布进行了数值求解,并与管外热源温度恒定、热源温度线性变化的两种参考反应器以及分别服从牛顿传热规律[q∝?(T)]和线性唯象传热规律[q∝?(T~(–1))]的最优反应器进行了比较。结果表明,最优反应器与2种参考反应器相比熵产率降低了58%以上;对反应器进行预加热有利于减小反应器的熵产率;对于最优反应器,中间段区域存在恒定的化学驱动力或恒定的热驱动力;传热规律对SMR反应器的热源与反应物温度最优构型及最小熵产率均有显著影响。     

转炉炼钢工序的铁素流系统动力学分析

基于系统动力学理论,在因果分析和存量流量分析的基础上,构建了转炉炼钢工序的铁素流动态模型,并通过仿真测试验证了模型的正确性。分析了在不同返回情况下,本单元铁素流返回率和返回上游的铁素流返回率随时间改变时,钢坯铁素流、损失铁素流和转炉铁素存量的动态特性。结果表明:转炉铁素存量和损失铁素流不受上游返回的影响,只随本单元返回的增大而逐渐增大至新的稳定输出状态。上游返回的增大不影响炼钢工序运行的紧凑性,但会导致稳定输出量的减小;本单元返回的增大不影响稳定输出量,但会导致运行紧凑性变差;上游和本单元均有返回时,对稳定输出量和运行紧凑性都有影响。     

钢铁工业余热回收技术的评价指标体系

高效、合理地回收余热资源是降低钢铁企业能耗的重要途径。考虑到技术实施难度、工厂经济效益等因素,用能的合理性并不能作为某项回收技术优劣的唯一评价标准。综合多种因素,提出了用能合理性、技术可行性、投资经济性等3个方面的综合评价指标,给出了余热利用技术研究的基本路线,可以作为余热回收技术的参考。     

中冷回热布雷顿热电联产装置的火用性能分析

建立了恒温热源内可逆中冷回热布雷顿热电联产装置模型,基于火用分析的观点,用有限时间热力学理论和方法研究了装置的性能,导出了无量纲火用输出率和火用效率的解析式。讨论了总压比给定和总压比变化两种情形,优化了中间压比和总压比,通过数值计算分析了回热度、中冷度和高温侧热源温度与环境温度之比等参数对装置一般性能和最优性能的影响,研究了火用输出率和火用效率之间的关系,其特性关系为扭叶型。最后发现分别存在最佳的用户侧温度使火用输出率和火用效率取得双重最大值。     

线性唯象传热规律下广义不可逆卡诺热机生态学性能系数优化

以反映热机循环输出功率和火用损失率之比的生态学性能系数(ECOP)为目标,用有限时间热力学理论和方法研究广义不可逆卡诺热机的循环性能。导出了线性唯象传热规律(Q∝Δ(T-1))下ECOP的解析式,通过数值计算分析了各种目标极值条件下ECOP与循环功率、效率、熵产率、生态学函数E之间的关系,主要研究了热源温比对最优性能的影响。     

多级热电发电机特性分析与性能优化

基于非平衡热力学理论,建立多级热电发电机的数值分析模型,以数值算例分析其各级热电单元数相同时的基本输出特性,并在热电单元总数一定的约束下,分别以功率和效率为优化目标,优化热电单元在各级间的配置和工作电流。各级热电单元数相同时,一定工作电流下,由高温侧至低温侧,各级温差呈等差递增分布,功率和效率依次增大,分别存在两个最优工作电流对应最大功率和最大效率。当工作温差和Seebeck系数较小时,各级单元数相同可获得最大功率;当温差或Seebeck系数较大时,热电单元数由高温侧至低温侧依次增大且呈等差分布可获得最大功率;对热电发电机各级配置相等数目的热电单元可获得最大效率。     

再热Brayton循环效率特性分析

在燃气轮机循环中工质温度变化范围大,其比热是变化的。利用数值分析方法研究了工质变比热情况下再热Brayton循环的效率特性,发现存在最佳循环总效率和对应的最优压比,讨论了循环温比、压气机和透平效率对循环最优压比和循环总效率最佳值的影响,比较了压气机效率和透平效率的影响程度,并指出了已有文献的错误。所得的分析结果对燃气轮机的优化设计和运行参数选择具有一定的指导作用。     

广义不可逆联合制冷循环有限时间(火用)经济性分析与优化

研究了存在热阻、热漏和内不可逆性的广义不可逆联合制冷循环有限时间(火用)经济性能,导出在线性传热定律下循环最佳利润率和最佳制冷系数的解析式以及二者的优化关系,并用数值算例对比分析了热漏、内不可逆性和价格比对利润率和(火用)经济性能界限的影响.     

实际回热式布雷顿热电联产装置的火用经济性能-Ⅱ．热导率分配与压比优化

应用有限时间热力学方法，研究了恒温热源条件下实际回热式布雷顿热电联产装置的火用经济性能，导出了利润率及烟效率解析式。利用数值计算方法，以利润率为目标，对热导率的分配和压比的选取进行了优化，研究了最优利润率及相应火用效率特性，并分析了各种联产设计参数对联产优化性能的影响。