布雷顿热机的热力学优化分析

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布雷顿及其联合循环的热力学优化分析

布雷顿及其联合循环的热力学优化分析本文在系统地了解和总结布雷顿热力循环性能优化研究现状的基础上,同时在恒温热源条件下,考虑了循环系统中换热器的热阻损失,以压气机和涡轮机的内效率表示循环系统的内不可逆性,不计管道和燃烧室的压力损失,通过理论分析和数值计算,对三种有关布雷顿及其联合循环系统的最优化性能进行了研究,得到了一些具有理论意义和实用价值的结论。

本文主要由以下三部分组成：第一部分研究了焦耳-布雷顿功热并供循环系统的火用性能。

考虑功和热是不同质的量,第二章首先分析了不可逆中冷模型,以无因次总输出火用为目标函数,分析了主要性能参数与无因次总输出火用及火用效率的关系。

当压气机和涡轮机的效率处在一定范围内时,基本模型中添加中间冷却过程将提高原系统的火用效率,并通过优化换热器的热导率分配,得到了最大无因次总输出火用及其对应的火用效率。

然后以火用效率为目标函数,对不可逆再热模型进行了分析,得到了最佳热导率分配方案和循环系统的最大火用效率以及相关的优化设计参数。

第二部分研究了太阳能布雷顿热机的热效率性能。

第三章首先建立了太阳能集热器和不可逆回热布雷顿热机组成的不可逆、回热太阳能布雷顿热机模型,以总效率目标函数,同时考虑了太阳能集热器的线性损失模型和辐射损失模型,通过优化太阳能集热器的工作温度和换热器的热导率分配,得到了最佳的太阳能集热器工作温度和热导率分配方案以及最大的系统总效率。

接着建立了由太阳能集热器和内可逆中冷、回热布雷顿热机组成的内可逆中冷、回热太阳能布雷顿热机模型,着重研究了太阳能集热器线性损失模型下的总效率,得到了最佳的太阳能集热器工作温度,在此基础上,还得到了最佳运行中间压比。

第三部分研究了布雷顿-逆布雷顿联合循环的生态学性能。

第四章以生态学性能系数为优化目标,首先对内可逆模型进行了分析,在给定一级压缩比的情况下,优化了循环总压比,得到最优的生态学性能。

然后对不可逆模型进行了分析,同样在给定一级压缩比的情况下,优化了一级膨胀比,得到了当一级膨胀比等于二级膨胀比时,该系统具有最优的生态学性能,并在此基础上,优化了系统的总压比,得到了双重最优生态学性能。

工程热力学布雷顿循环中各过程流体状态变化分析

工程热力学布雷顿循环中各过程流体状态变化分析布雷顿循环是一种热力学循环，常被应用于热力发电厂中的汽轮机。

它通过将工作物质在压力变化的过程中产生功，以及利用余热来提高循环效率。

本文将对布雷顿循环中各个过程中的流体状态变化进行分析。

布雷顿循环一般可以分为四个主要过程：加热、膨胀、冷却和压缩。

这些过程都涉及到热量和功的传递，并且具有不同的流体状态变化特征。

在加热过程中，工作物质从低温低压状态开始接受热量。

根据热力学原理，当工作物质吸收热量时，其温度和压力都会上升。

通过燃烧燃料或利用其他热源进行加热，工作物质的温度和压力逐渐增加。

这个过程中，流体状态由饱和液体向饱和蒸汽过渡。

接下来是膨胀过程，也就是当工作物质驱动汽轮机进行功产生的过程。

在膨胀过程中，工作物质通过减小压力来释放部分热量并产生功。

根据布雷顿循环的特点，这个过程中工作物质的温度和压力保持不变，流体状态仍为饱和蒸汽。

随后是冷却过程，其中工作物质被冷却以回收能量。

在这个过程中，工作物质从高温高压状态开始，通过冷凝热量向冷却介质释放热量。

随着热量的释放，工作物质的温度和压力逐渐降低。

在冷却过程中，工作物质从饱和蒸汽转变为饱和液体状态。

最后一个过程是压缩过程，工作物质在这个过程中被压缩以便再次进入加热过程。

在压缩过程中，工作物质的压力逐渐增加，而温度保持不变。

通过施加外部力，工作物质被压缩为高压饱和液体状态。

这四个过程构成了布雷顿循环的完整循环。

通过合理地组织这些过程，我们可以充分利用热量和能量来产生功，并提高循环效率。

值得注意的是，每个过程中的流体状态变化都是精确计算和控制的，以确保循环的正常运行。

综上所述，布雷顿循环中的各个过程涉及到了工作物质的温度、压力和流体状态的变化。

加热过程中工作物质由饱和液体转化为饱和蒸汽，膨胀过程中保持为饱和蒸汽，冷却过程中由饱和蒸汽转变为饱和液体，压缩过程中转化为高压饱和液体。

这些流体状态变化的分析对于设计和优化布雷顿循环具有重要的意义。

开式简单布雷顿制冷循环热力学优化 1.热力学建模

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｐｅｎｓｉｍｐｌｅＢｒｅｔｔｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｃｙｃｌｅ，ａｃ —
缩机消耗功率、高温侧换热器换热率、膨胀机输出功率、制冷率和排气损失引起的热流率都与质量流率成正
比，存在最佳的压缩机进口相对压降使循环制冷率最大。关键词：布雷顿制冷循环；制冷率；制冷系数；优化；压降
ＺＨＡＮＧＷａｎ — ｌｉ，ＬＵＯＪｉｎｇ。，ＣＨＥＮＬｉｎ — ｇｅｎ
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｈｅｒｍａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４１３０３３，Ｃｈｉｎａ；
１６４
电力与能源
第３６卷第２期
２０１５年４月
பைடு நூலகம்
开式简单布雷顿制冷循环热力学优化１．热力学建模
张万里，罗京，陈林根
（Ｉ．海军工程大学热科学与动力工程研究室舰船动力工程军队重点实验室动力工程学院，武汉２．中国卫星海上测控部，江苏江阴２１４４３１）４３００３３

布雷顿循环效率

布雷顿循环（Brayton Cycle）是一种理想气体循环，通常用于燃气轮机（如燃气轮机和航空发动机）的热力循环分析。

布雷顿循环的效率可以通过热机效率来评估，热机效率定义为输出功率与输入热量之比。

布雷顿循环的热机效率取决于循环中的压缩比和高温燃气温度比。

以下是布雷顿循环热机效率的表达式：
η= 1 - (1 / r^(γ-1))
其中，η表示热机效率，r表示压缩比，γ表示气体比热容比（Cp/Cv）。

气体比热容比γ取决于工质的性质，对于空气来说，γ约为1.4。

需要注意的是，上述表达式描述了理想布雷顿循环的热机效率。

在实际应用中，布雷顿循环的效率可能会受到多种因素的影响，如机械损失、燃烧不完全和热损失等。

因此，实际燃气轮机的效率通常会低于理想布雷顿循环的效率。

布雷顿循环的效率对于燃气轮机系统的设计和性能评估非常重要。

通过优化压缩比和高温燃气温度比等参数，可以提高布雷顿循环的效率，并提高燃气轮机的能量转换效率。

自旋系统量子布雷顿热机循环性能分析

ｈｒａｇｅｅａｕｅｐｉｅａｉｓｏｆｃｅｃｎｔｅ，ｔｉｈｔｍｐｒｔｒｓｔｅｏｔｌｒｌｔｎｆｔｅｅｉｉｎｙａｄｐｗｒｏｔｕｒｅｅｒｈｄｉｈｈｍａｏｈｏｅｕｐｔａｅｒｓａｃｅｎ
ＨｅｔＥｎｉｅＷｏｋｎｔｈｐｎＳｓｅｓａｇｎｒｉｇｗｉｔｅＳｉｙｔｍｈ
ＴＡＮＧＷｅ，ｉｚｏｉＨＥＪ—ｈｕ
（ｅａｍｅｔｆｈｓｓＮｎｈｎｎｖｒｉ，ａｇｉａｃａｇ３０３Ｒ）Ｄｐｒｎｏｙｉ，ａｃａｇＵｉｓｙＪｎｘＮｎｈｎ３０１ＰＣｔＰｃｅｔｉ
循环扩展到量子领域，些学者研究了量子卡诺一
系统，振子系统和势阱中的微观粒子等。自旋谐量子系统热力学可观测量的时间演化动力学可以
循环，埃里克森循环，斯特林循环和布雷顿循环等
的性能特征，进一步对一些量子热机和制冷循并
的激光制冷技术等都与此相关。在量子热力学循环中，其工作物质可以涉及到量子气体，旋１２自／
收稿日期：０８—１０修订日期：０８—１ —２２００— ７；２０１６
作者简介：威（９４一，，唐１８）男江覃九江人，在读硕士研究生，主要从事理论物理研究工作。
基金项目：国家自然科学基金（０６０３；１４５０）江西省自然科学基金（１０１资助项目。４０２１）

开式简单布雷顿制冷循环热力学优化2.性能优化

开式简单布雷顿制冷循环热力学优化2.性能优化张万里;罗京;陈林根【摘要】为对开式简单布雷顿制冷循环的热力学性能进行优化,根据本文第一部分建立的热力学模型,采用数值计算的方法,分别给出了空气制冷循环制冷率分析和优化结果,在输入功率、装置总的流通面积和总的热导率约束条件下制冷系数分析和优化的数值计算结果.研究结果表明,存在最佳的压缩机入口压降使制冷循环时的制冷率最大;当给定循环输入功率和装置总尺寸时,存在压缩机最佳入口压降使制冷循环时的制冷系数(制冷率)最大,存在最佳的高低温侧换热器热导率分配使制冷系数最大;最大制冷系数(制冷率)对压缩机压比有最大值.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2015(036)002【总页数】5页(P169-173)【关键词】布雷顿制冷循环;制冷率;制冷系数;优化;压降【作者】张万里;罗京;陈林根【作者单位】海军工程大学热科学与动力工程研究室舰船动力工程军队重点实验室动力工程学院,武汉430033;中国卫星海上测控部,江苏江阴214431;海军工程大学热科学与动力工程研究室舰船动力工程军队重点实验室动力工程学院,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TK12本文第一部分利用开式循环优化原理［1－7］考虑工质的复杂流动过程，建立具有压降不可逆性的开式简单布雷顿制冷循环的热力学模型，导出压缩机耗功率、换热器换热率、膨胀机输出功率、排放到环境的乏气的放热率、制冷率和制冷系数及循环各个部件处由于工质的不可逆流动导致的压力损失与压缩机入口相对压力损失的函数关系，并对循环的热力学性能进行了分析。

本部分将对循环的制冷率进行优化，并分析各种因素对制冷循环制冷率最优性能的影响；然后在循环输入功率、装置总的流通面积和换热器总的热导率一定条件下，以制冷系数最大为目标，优化沿工质流动路径的压降分配、各个部件流通面积的分配和换热器热导率的分配，并分析各种因素对优化结果的影响。

1 循环有关性能参数根据本文第一部分的结果，循环有关参数具体如下。

不可逆焦耳—布雷顿功热并供系统分析

ＡｂｔａｔＴｈｓｐｐｒｉｅｕｄｍｅｔｌｕｎｉｔｅａａｙｉｏｈｒｖｒｉｌｏｌ－ｒｙｏｏｅｅａｉｎｓｒｃ：ｉａｅｖｓａｆｎａｎａａｔｔｉｎｌｓｓｆｅｉｅｅｓｂｅＪｕｅＢａｔｎｑｇｎｒｔｏｇｑａｖｔｒ
ｓｓｅ．Ｉｈｎｌｓ，ｂｅｔｅｆｎｔｎｆｔｅｔｔｌｒｄｃｄｅｅｇａｅｂｅｅｉｅｓｕｃｉｆｈｙｔｍｎｔｅａａｉｏｊｃｉｕｃｉｓｏｈｏａｐｏｕｅｘｒｙｈｖｅｎｄｆｄａｎｔｎｏｅｙｓｖｏｎｆｏｔ
为目标函数，引入等效温度来计算热回收装置传热过程中的炯，出最大无量纲总讨论了各参数对系统炯性能的影响，并用数值分析的方法得到最大无量纲总炯及其对应的炯效率与其他参
数的优化关系。
关键词：功热并供；总炯；率；炯效不可逆性；优化
第３７卷第４期２００８年１２月
Ｖｏ＿７Ｎｏ４ｌ３．
Ｄｅｃ．２８００
不可逆焦耳一布雷顿功热并供系统拥分析
谢平，新贵，唐谢驰
（东华大学环境科学与工程学院，海２１２）上０６０
摘
要：对不可逆焦耳一布雷顿功热并供热力循环进行了基本定量分析。建立以系统设计参数为变量的总炯
ｄｓｇａａｔｒｆｔｅｓｓｅｅｉｎｐｒｍｅｅｓｏｈｙｔｍ．ＡｎｅｕｖｌｎｅｅａｕｅｉｄｆｅｏｍｏｅｔｅｅｅｇａｅｏｅｔｔａｓｅｑｉａｅｔｔｍｐｒｔｒｅｉｄｔｄｌｈｘｒｙｒｔｆａｒｎｆｒｓｎｈｆｏｔｅｈａｅｏｅｙｇｎｒｔｒＴｈｘｒｙｅｆｉｎｙｏｈｏｅｅａｉｎｃｃｅｔｔｌｅｅｇｔｍａｉｍｒｍｈｅｔｒｃｖｒｅｅａｏ．ｅｅｅｇｆｉｅｃｆｔｅｅｇｎｒｔｙｌｏａｘｒｙａｘｍｕｃｏｄｍｅｓｏｌｓｒｅｅｍｉｅｎｈｆｅｔｆｄｓｇａａｔｒｎｅｅｇｔｅｆｒａｃｒｎｅｔａｅ．ｉｎｉｎｅｓａｅｄｔｒｎｄａｄｔｅｅｆｃｓｏｅｉｎｐｒｍｅｅｓｏｘｒｒｉｐｒｏｃｍｎｅａｅｉｖｓｉｔｄｇＴｈｆｅｔｆｖｒｏｓｃｃｅｐｒｍｅｅｓｏｈｘｍｕｎｄｍｅｓｏｌｓｏａｘｒｙａｄｔｅｃｒｅｐｎｉｇｅｅｆｃｓｏａｉｕｙｌａａｔｒｎｔｅｍａｉｉｉｎｉｎｅｓｔｔｌｅｅｇｎｈｏｒｓｏｄｎｅｅｇｆｉｉｎｙｈｖｅｎａｓｓｅｙｎｍｅｉａｎｌｓｓｘｒｙｅｆｅｃａｅｂｅｓｅｓｄｂｕｒｃｌａｙｉ．ｃａＫｅｒｓｙｗｏｄ：ｃｇｎｒｔｎｃｃｅｔｔｌｘｒｙｒｔｌｘｒｙｅｆｉｎｙ；ｒｅｅｓｂｌｙ；ｐｉｉｔｏｏｅｅａｉｙｌ；ｏａｅｇａｅｅｅｇｆｉｅｃｉｖｒｉｉｔｏｔｚｉｎｏｅｃｒｉｍａ

航空发动机的热力学循环分析

航空发动机的热力学循环分析航空发动机作为现代航空领域的核心部件，其性能和效率直接影响着飞机的飞行能力和经济性。

而热力学循环则是理解航空发动机工作原理和性能特点的关键。

航空发动机的工作本质上是一个将燃料的化学能转化为机械能的过程，这个过程遵循着特定的热力学循环规律。

常见的航空发动机热力学循环主要包括布雷顿循环和奥托循环等。

布雷顿循环是目前大多数燃气涡轮发动机所采用的循环方式。

在布雷顿循环中，气体经历了一系列的压缩、加热、膨胀和冷却过程。

首先，空气被压缩机压缩，这使得空气的压力和温度都升高。

随后，被压缩的高温高压空气进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，从而进一步提高气体的温度和压力。

高温高压的气体接着进入涡轮膨胀做功，推动涡轮旋转，涡轮再带动压缩机和其他部件工作。

最后，气体从涡轮排出，经过尾喷管加速喷出，产生推力。

为了更深入地理解布雷顿循环，我们需要分析其中的几个关键参数。

压缩比是一个重要的指标，它是压缩机出口压力与进口压力的比值。

较高的压缩比通常会带来更高的热效率，但同时也会增加压缩机的工作负荷和发动机的重量。

另一个关键参数是涡轮前温度，即气体进入涡轮前的温度。

提高涡轮前温度可以显著提高发动机的性能，但这也对发动机材料的耐高温性能提出了极高的要求。

奥托循环则在一些小型航空发动机中有所应用。

奥托循环的过程相对简单，包括进气、压缩、燃烧和排气四个冲程。

在进气冲程，燃料和空气的混合物被吸入气缸；在压缩冲程，混合物被压缩，温度和压力升高；然后在燃烧冲程，混合物被点燃，产生高温高压气体推动活塞做功；最后在排气冲程，燃烧后的废气被排出气缸。

与布雷顿循环相比，奥托循环的结构相对简单，但热效率相对较低。

然而，在一些对功率要求不高、结构紧凑的应用场景中，奥托循环的发动机仍具有一定的优势。

航空发动机的热力学循环效率还受到许多其他因素的影响。

例如，燃烧过程的完全程度直接影响了能量的释放和利用效率。

如果燃烧不完全，不仅会浪费燃料，还可能产生有害的排放物。

提高布雷顿循环效率的方法

提高布雷顿循环效率的方法布雷顿循环，这可是个在能源领域里相当重要的概念。

今儿个，咱就来好好唠唠提高布雷顿循环效率的那些门道。

一、优化热力过程1.1 提高压比这就好比给循环系统“加把劲”。

压比越高，循环的做功能力就越强。

就像跑步时步子迈得大，前进的距离就更远。

通过采用更先进的压缩机技术，把压比提上去，那效率可不就蹭蹭涨啦。

1.2 增大涡轮前温度给循环“加点热”，让涡轮前的温度升高。

这就像给运动员补充能量，让他更有劲儿。

不过这可得有耐高温的材料和先进的冷却技术来支撑，不然设备可受不了这高温“烤验”。

二、减少能量损失2.1 降低流动损失在循环系统中，流体的流动就像交通，如果道路不畅，能量就会被“堵”在路上。

优化流道设计，减少摩擦和涡流，让能量能顺顺溜溜地流动，效率自然就提高了。

2.2 减少热传递损失这就好比给房子做好保温，别让热量轻易跑掉。

采用高效的隔热材料，把热量牢牢“锁”在系统内，让每一份热能都发挥作用，效率能不提高嘛！2.3 降低泄漏损失泄漏就像口袋破了个洞，能量都悄悄溜走了。

加强密封技术，把漏洞都堵上，不让能量有“逃跑”的机会。

三、改进循环配置3.1 采用回热循环这就像是资源回收再利用，把用过的热能再“捡”回来用。

通过回热器，把排出的热量回收一部分，重新投入循环，提高能源利用率。

3.2 联合循环把布雷顿循环和其他循环方式结合起来，“强强联手”。

比如和蒸汽循环结合，各取所长，发挥出 1+1＞2 的效果，让效率大幅提升。

提高布雷顿循环效率可不是一件简单的事儿，需要多方面的努力和创新。

但只要咱找准方向，下足功夫，就一定能让这个循环更高效，为能源领域带来更多的惊喜和突破！。

工程热力学布雷顿循环的循环热效率计算方法

工程热力学布雷顿循环的循环热效率计算方法工程热力学中，布雷顿循环是一种常用的热能转换循环，广泛应用于燃煤电厂、核电站和燃气轮机等能源领域。

为了评估布雷顿循环的热能利用效率，需要计算循环热效率。

本文将介绍布雷顿循环的基本原理，并提供一种计算循环热效率的方法。

布雷顿循环是由贝尔克热力公司的查尔斯·布雷顿于1932年创造的。

循环由四个主要步骤组成：压缩、加热、膨胀和冷却。

循环通过流体（通常是蒸汽）的不同压力和温度状态来实现热能的转换。

在布雷顿循环中，循环热效率是评估其热能利用效率的重要指标。

循环热效率定义为工作流体（如蒸汽）的净功输出与输入热量之比。

即：η = W_net / Q_in其中，η代表循环热效率，W_net为净功输出，Q_in为循环输入热量。

为了计算循环热效率，我们首先需要计算净功输出和输入热量。

同时，我们还需要考虑布雷顿循环中的损失和效率。

计算净功输出可以使用以下公式：W_net = W_turbine - W_pump其中，W_turbine表示在膨胀过程中从涡轮机获得的功，W_pump 表示在压缩过程中输入到泵中的功。

这些功可以通过流体的工质性质和循环的参数来计算。

计算输入热量可以使用以下公式：Q_in = Q_heat - Q_blowdown其中，Q_heat表示加热器中的输入热量，Q_blowdown表示冷凝器中的排放热量。

这些热量可以通过循环中的热交换器和液相排放器来计算。

在计算循环热效率时，需要考虑循环中的损失和效率。

循环中的主要损失可包括泵和涡轮机的内部损失、管道和热交换器的传热损失以及泄漏损失等。

每个损失都可以通过相应的效率来考虑，从而得到准确的循环热效率。

因此，计算布雷顿循环的循环热效率需要考虑净功输出、输入热量以及循环中的损失和效率。

通过合理选取循环参数和流体性质，并结合准确的计算方法，可以获得布雷顿循环的热能利用效率。

综上所述，布雷顿循环是一种常用的热能转换循环，在计算循环热效率时需要考虑净功输出、输入热量和循环中的损失和效率。

再热回热布雷顿循环的热力学分析

收稿日期：２０１２－１２－１２
．
ｑ＾＝Ｃｐ（一），ｑ＾ｌ＝ｃｐ（Ｔ６一），Ｃｐ（Ｉ＂８一）（２）ｑ，＝Ｃ（一）＝ｃ（Ｔ７一）：ｃ（一）（３）
一
ｃ］一ｚ江他叼。 — （１ —８ｒ）（ｘ－１＋仇）＋１９（一 ’ ＋
２热力学性能分析
设高压涡轮入口温度与压气机人口温度之比为即＝ｒＴ，，工质在再热器中的加热终点温度与压
设高压涡轮等熵温比为Ｙ，即＝ｙ，总等熵温比为，即＝ｘＴ，。由工程热力学知识可得：Ｙ＝１Ｔｆ，＝ｋ－１）／ｋ，死，＝（一１Ｔｌ）＝９７０ ’ ＿），男，安徽含山人，机电业务长，本科，研究方向为机电管理。１０
ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．３，２０１３
再热回热布雷顿循环的热力学分析
吴开锋
（海军９１３４３部队，山东威海２６４２００）
摘要：对再热回热布雷顿循环进行了热力学第一定律和第二定律分析，导出了输出功、熵产、热效率和太用效率的解析
布雷顿热机（即燃气轮机）由于具有单机功率高压涡轮中的不可逆绝热膨胀做功过程（压比为。，大、启停快、体积较小等诸多优点，使其在冶金、航也称再热压比）；５－６为工质从再热源等压吸热过程；空、舰船、石油化工等领域得到了普遍的应用。以不６ — ７为工质在低压涡轮中的不可逆绝热膨胀做功过同目标（如功率、效率、熵产率、功率密度等）分析和优程（压比为１Ｔ／）；７－８为工质在回热器中的放热过化布雷顿热机的性能的一直是国内外动力工程领域程；８ — １为工质向低温热源放热过程。过程ｌ一、４ — ５ｓ的一个研究热点。陈双涛等【建立了空间闭式布雷顿和６ — ７ｓ分别为与过程１－２、４ — ５和６ — ７相对应的等循环太阳能热动力系统及各个主要部件的炯分析模熵压缩和膨胀过程。型，讨论了压缩机和膨胀机效率、回热度和混合工质比例对系统炯效率的影响；Ａｔｍａｃａ等［２１以功率、效率功率（定义为功率与效率之积）和功率密度为目标研究了简单布雷顿循环的性能，优化了压比，并分析了压气机和涡轮效率对循环性能的影响；Ｓａｎｃｈｅｚ — Ｏｒｇａｚ等［３１以功率和热效率为目标研究了多级中冷回热再

变热容工质不可逆布雷顿热机的优化分析

文章编号：０２２９（０Ｏ０ — ０１０１０ — ００２１）５０９ — ５
变热容工质不可逆布雷顿热机的优化分析
刘静宜，比宏林
（．１漳州师范学院物理与电子信息工程系，漳州３３０；．６００２华侨大学信息科学与工程学院）摘要：研究以变热容气体为工质的不可逆布雷顿热机循环的优化性能，导出循环的输出功率和效率的表达式，通过数值计算
获得循环的一些重要优化特性曲线。结果表明，当布雷顿热机运行在压强比、热机效率、输出功率、工质的最低和最高温度的优
化区间时，热机的性能最佳。变热容工质对上述优化区间的影响是显著的。关键词：布雷顿热机；变热容；不可逆性；优化分析
中图分类号：Ｋ１３Ｔ２文献标识码：Ａ
ＯｐｉａｔｍｌＡｎａｙｉｆａｒｅｅｓｂｅＢｒｙｏａｌｓｓｏｎＩｒｖｒｉｌａｔｎＨｅｔＥｎｇｎｅｗｉｈｔｒａｅｉｔｈｅＶａｉｂｌ
ＨｅｔＣａａｉｏｋｎｕｓａｃａｐｃｔＷｒｉｇＳｂｔｎｅｙ
第２第５期２卷
２０正０１
１０月
黑龙江八一农垦大学学报ＪｕｎｌｏｅｌｇａｇＢｙｇｃｌｒｌＵｉｅｓｙｏｒａｆＨｉｎｊｎａｉｒｕｔａｎｖｒｔｏｉＡｉｕｉ
２（）１９２５９～５
０ｃ．０ｔ２０１
２ＣｏｌｇｆＩｆｒｔｎＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎ，Ｈｕｑａｉｅｉ．ｌｅｏｎｏｍａｉｃｅｃｎｇｎｅｇｅｏｉａｉｏＵｎｖｒｔｓｙ）

空间核能布雷顿循环系统热力学参数分析及优化

空间核能布雷顿循环系统热力学参数分析及优化
刘维新;石凌峰;裴刚
【期刊名称】《新能源进展》
【年(卷),期】2022(10)2
【摘要】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1500 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。

【总页数】8页(P87-94)
【作者】刘维新;石凌峰;裴刚
【作者单位】中国科学技术大学热科学和能源工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TK123
【相关文献】
1.开式简单布雷顿制冷循环热力学优化1.热力学建模
2.空间反应堆布雷顿循环热力学优化分析
3.400 kW空间堆布雷顿循环系统运行特性分析
4.400kW空间堆布雷顿循环系统运行特性分析
5.新一代核能布雷顿闭式循环热力学分析研究
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空间反应堆布雷顿循环热力学优化分析

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!! 随着航空科技的发展!空间能源的需求逐渐提升$深空探测和行星登陆等任务中!太阳能能源已不能满足要求 $ *"+ 空间反应堆以其高能量密度 %长寿命以及高功率 !逐渐受到航天大国的青睐 $ *)+ 石墨气冷堆以其固有安全性%高出口温度%系统结构精简等优点*>+!在空间能源的发展中具有广阔的前景$

正反向布雷顿循环有限时间热力学分析与优化研究进展

中图分类号：Ｋ７Ｔ４１
随着我国经济的持续高速发展，源的需求日能
长期的课题。而使用这些热力循环来实现能量的转
换利用的热机、制冷机和热泵的性能就成为了关键。
益增强，要维持国家经济可持续发展，可预见的若在未来，源的稳定供应必然成为国家战略中的重中能之重。就目前我国的能源形势而言，方面国内能一源面临紧缺的局面，同时还有大量效益较低，于高属耗能、高污染的产业；另一方面，于不可再生资源由
的依赖日益严重已成为不争的事实。能源问题若得不到很好的解决，势必影响我国的长远发展。哥本哈根气候峰会之后，少碳排放、护环境减保的共识在全世界各国进一步获得加强。２１００年上
社会各方面需求的发展，用简单循环的热机、冷使制机或热泵已满足不了使用要求，时人们就考虑构建这比较复杂的布雷顿循环以提高性能。图１给出了简单布雷顿循环的Ｔ— ｓ图，当循环按顺时针工作时即为热机循环，逆时针工作时即为制冷或热泵循环。按
作循环的热机、制冷机、泵等的研究层出不穷。无热
论是热机循环，是制冷或热泵循环，还早期关于布雷
顿循环的研究和应用都是针对简单循环。后来随着
国不利。与此同时，国家能源局的预计，据近年来我国的能源进口还将持续增加，国经济对进口能源我

空间反应堆布雷顿循环热力学优化分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃ１ｏｓｅｄ — Ｂｒａｙｔｏｎ～ｃｙｃｌｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｆｅａｓｉｂｌｅｃｈｏｉｃｅｆｏｒｆｕｔｕｒｅｓｐａｃｅｐｏｗｅｒｒｅａｃｔｏｒａｓｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔ。ｍｏｓｔｏｆｔｈｅｌａｎｄ－ｕｓｅＢｒａｙｔｏｎ — ｃｙｃｌｅｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓ — ｃｏｏｌｅｄｒｅａｃｔｏｒｔａｋｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｉｓ
文就空间反应堆闭式布雷顿循环进行优化分析，利用Ｆｏｒｔｒａｎ语言对两种优化模式进行热力学分析对
比，为空间反应堆的设计计算提供参考和基础。结果表明：新提出的循环比功优化在降低空间布雷顿循环方面较有优势，但会造成叶轮机械设计难度的增加。最终设计方案的选取可根据工程要求在两种优

不可逆焦耳—布雷顿及其联合循环的热力学优化分析

第四章以效率和生态学系数性能指标为优化目标,建立了具有热阻、热漏、内不可逆性的太阳能驱动的定常流布雷顿-朗肯联合循环模型,通过数值算例讨论了各因素对联合循环的效率和生态学系数性能的影响。本论文所得结论更接近于实际热机的性能特性,有助于热机的优化设计和性能改善。
不可逆焦耳—布雷顿及其联合循环的热力学优化分析
本文在系统地总结有限时间热力学理论和焦耳-布雷顿热力循环性能优化研究现状的基础上,考虑了循环系统中换热器的热阻损失,以压气过程和透平过程的内效率表示循环系统的内不可逆性,以及热漏等不可逆性损失,通过理论分析和数值计算,对不可逆焦耳-布雷顿及其联产、联合循环的性能进行了分析,得到了一些具有理论意义和实用价值的结论。本文主要由以下三部分组成：第一部分以不可逆往复式布雷顿循环为例,第二章着重讨论了循环中随温度变化的工质比热对非等熵压缩和膨胀过程以及温差传热损失等多种不可逆往复式Brayton循环性能的影响。
接着分析目前存在的对功热并供系统的性能评价标准的供效率对不可逆焦耳-布雷顿功热并供系统进行性能对比分析,用数值分析讨论了各设计参数对系统目标函数的影响。
给出了一些重要参数的优化区间。第三部分用有限时间热力学的理论分析一个由太阳能驱动的不可逆布雷顿-朗肯联合循环的效率和生态学系数性能。
在给定一系列参数值的情况下,绘制出了热机的性能特性曲线,得出了一些重要参数如压强比和工质温度的优化区间。第二部分研究了不可逆焦耳-布雷顿功热并供循环系统的火用性能。
考虑功和热是不同质的量,第三章用热力学优化理论对焦耳-布雷顿功热并供系统进行火用优化分析。首先对不可逆焦耳-布雷顿功热并供系统建立了由系统设计参数组成的理论模型,考虑来自压气机与涡轮机中的非等熵压缩、膨胀损失、工质、三热源间换热器的不可逆传热损失以及热源间的热漏损失等多种不可逆所造成的影响。

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

涡｝３
２
回热后，联合循环的热效率能得到提高，但输出功率变小，加入再热后，循环输出功变大但热效率降低。在上述研究的基础上，本文提出了回热式布雷顿一两平行逆布雷顿联合循环模型，并对该联合循环模型
较小。
关
键
词：回热式布雷顿循环；逆布雷顿循环；联合循环；第一定律分析；优化文献标识码：Ａ文章编号：１００９ —２８８９（２０１３）０４—０００１ — ０５
中图分类号：ＴＫ１２
为了进一步提高能源动力装置的性能，满足日
５为涡轮机１的不可逆绝热膨胀过程，５— ６为燃气在回热器中放热，６— ７（６—１０）为涡轮机２（涡轮机
（１一Ｅ）（＋ｒｌ。。）／叼］涡轮机２的输出比功为：
Ｗ２＝ｈ６一ｈ７＝ＡｃｐＴｌｒｌ２ｔ２［Ｅ．（
机１涡轮
作为底循环时，其装置尺寸、机械应力和制造难度都大为降低，而且与朗肯循环组成联合循环时，该联合
循环的性能能得到进一步的改善；研究还表明加入
压气机２涡轮机２ｌ
－
压气
益提高的节能减排要求，一批学者提出了一些新的循环构型。基于性能最优和装置最简的原则，Ａｇｎｅｗ等于２００３年提出了布雷顿一逆布雷顿联合循环，并对其进行了第一定律分析，结果表明对于一

航空发动机的热力学循环与优化研究

航空发动机的热力学循环与优化研究航空发动机作为现代航空技术的核心部件，其性能的优劣直接决定了飞行器的飞行能力和效率。

而热力学循环是理解和优化航空发动机性能的关键所在。

要深入探讨航空发动机的热力学循环，首先得明白什么是热力学循环。

简单来说，热力学循环就是工作物质（如气体）在一系列热力过程中，从初始状态经过一系列变化后又回到初始状态的过程。

在航空发动机中，常见的热力学循环包括布雷顿循环、奥托循环等。

以布雷顿循环为例，它由绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压冷却四个过程组成。

在压缩过程中，空气被压缩，温度和压力升高；等压加热过程中，燃料燃烧释放热量，使气体温度进一步升高；绝热膨胀过程中，气体膨胀做功，温度和压力降低；等压冷却过程中，气体向外界散热，恢复到初始状态。

这个循环的效率取决于多个因素，如压缩比、加热温度等。

航空发动机的工作环境极其苛刻，高温、高压、高转速都是常态。

在这样的条件下，热力学循环的优化就显得至关重要。

优化的目标通常是提高发动机的推力、降低燃油消耗率、提高可靠性和耐久性等。

提高压缩比是优化热力学循环的一个重要途径。

更高的压缩比意味着在压缩过程中能将更多的机械能转化为气体的内能，从而在后续的燃烧和膨胀过程中释放出更多的能量，提高发动机的效率。

但压缩比也不能无限制地提高，过高的压缩比会导致燃烧不稳定、爆震等问题。

另一个关键因素是燃烧温度。

提高燃烧温度可以增加热能的释放，从而提高发动机的性能。

然而，过高的燃烧温度会对发动机的材料提出极高的要求，同时也会增加氮氧化物等污染物的排放。

因此，需要在提高燃烧温度和材料承受能力、环保要求之间找到平衡。

在优化热力学循环的过程中，还需要考虑到气流的流动特性。

优化进气道和涡轮叶片的设计，减少气流的阻力和能量损失，可以提高发动机的整体效率。

例如，采用先进的空气动力学设计，使气流在发动机内部更加顺畅地流动，减少漩涡和分离现象的发生。

此外，材料的进步也为航空发动机热力学循环的优化提供了支持。