Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)有限時間熱力學分析與優(yōu)化.pdf

1、提高不可再生能源資源的利用效率，減少能源資源的消耗，是實現(xiàn)我國能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。以各種Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)為基礎的燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術是一項合理利用不可再生能源資源的有效方法，在我國有著廣闊的應用前景。從Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)理論的角度對該項技術進行熱力學分析與優(yōu)化，對更好地理解和洞察聯(lián)產(chǎn)循環(huán)具有重要的理論研究意義，對實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化設計，提高聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總體性能，更好地發(fā)揮聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，具有重要的工程

2、指導意義。 本文在學習和總結前人研究成果的基礎上，運用有限時間熱力學方法，對Brayton熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)進行分析與優(yōu)化研究。通過建立能夠反映實際過程本質特征的相對理想化模型，優(yōu)化不同Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的設計參數(shù)，分析各種聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的性能影響因素，比較不同聯(lián)產(chǎn)循環(huán)性能。本文的主要研究內容及章節(jié)安排如下： 第1章介紹了本文的研究背景、目的和意義。對有限時間熱力學的研究現(xiàn)狀及其在聯(lián)產(chǎn)循環(huán)優(yōu)化中的應用作了全面回顧，對熱電聯(lián)產(chǎn)技術

3、的發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡要介紹。定義了評價聯(lián)產(chǎn)循環(huán)性能的指標：總有用能率和聯(lián)產(chǎn)效率、總火用輸出率和聯(lián)產(chǎn)火用效率。 在第2章、第3章和第4章中，將分別對內可逆簡單開式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)、不可逆簡單開式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)、不可逆回熱開式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)進行分析與優(yōu)化。通過建立不同聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的熱力學模型，確定它們各自的有效壓比參數(shù)范圍，推導不同性能指標：效率與總有用能率、火用效率與總火用輸出率等多種性能指標的計算公式，分析這些性

4、能參數(shù)在一些特殊條件下的結果。通過尋找最佳的聯(lián)產(chǎn)循環(huán)壓比參數(shù)，實現(xiàn)對不同性能參數(shù)的優(yōu)化。利用數(shù)值算例，分析不同性能參數(shù)及其優(yōu)化結果隨循環(huán)壓比參數(shù)和循環(huán)電熱比的變化規(guī)律。 在第5章中，將對影響開式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)性能的各種因素進行分析，包括循環(huán)溫比、用戶溫比、各種內部不可逆性，以及回熱度等對聯(lián)產(chǎn)性能及其優(yōu)化結果的影響規(guī)律，分析提高聯(lián)產(chǎn)性能的有效途徑。在第6章中，將對相應條件下的不同循環(huán)性能進行比較，包括：動力循環(huán)與聯(lián)產(chǎn)循環(huán)、

5、可逆循環(huán)、內可逆循環(huán)與不可逆循環(huán)、簡單循環(huán)與回熱循環(huán)等不同循環(huán)之間的比較，分析它們之間的差別，以及它們各自適用的條件。 聯(lián)產(chǎn)的目的是為了節(jié)約能源和減少溫室氣體排放，在第7章中，將直接對開式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)進行能源節(jié)約與溫室氣體減排分析，推導不同聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的燃料能源節(jié)約率與溫室氣體減排率的計算公式，并簡要分析其與循環(huán)設計參數(shù)之間的關系。利用前面理論研究的結果，將對以開式。Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)為基礎的燃氣輪機聯(lián)產(chǎn)技術的節(jié)能潛力

6、、節(jié)能條件以及優(yōu)化設計區(qū)域等工程實際問題進行研究，并開發(fā)聯(lián)產(chǎn)優(yōu)化設計圖，為聯(lián)產(chǎn)優(yōu)化設計提供工具。另外，本章還對以微型燃氣輪機為基礎的建筑冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的組合形式進行探討，以便工程設計中能夠合理地選擇系統(tǒng)形式。 閉式Brayton循環(huán)在核能利用和太陽能熱電系統(tǒng)中有著很好的應用前景，因此，在第8章、第9章中，將分別對內可逆、不可逆閉式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)進行研究，通過建立閉式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的有限時間熱力學模型，推導閉式循環(huán)

7、的火用輸出率與火用效率的表達公式，分析它們隨循環(huán)設計參數(shù)的變化規(guī)律，確定最優(yōu)的壓比參數(shù)。與開式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)不同，在閉式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)中，還存在著最佳熱導分配問題，在第8、9章中，還將研究閉式Brayton聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的最佳熱導分配和雙重優(yōu)化問題。另外，在第8章中，將對本文的研究結果與文獻中的研究結果進行比較，指出文獻中研究結果存在的問題及其產(chǎn)生的原因。 最后，在第10章中，對全文進行總結，歸納本文的主要研究結論及主