CO2跨临界(逆)循环的热力学分析

CO2跨临界循环热力学对比分析

CO2跨临界循环热力学对比分析
管海清;马一太;李敏霞;杨俊兰
【期刊名称】《流体机械》
【年(卷),期】2004(032)006
【摘要】对带回热器和带膨胀机的CO2跨临界循环过程应用热力学进行了对比分析.结果表明,带回热器的CO2跨临界循环过程虽然也能够在一定程度上提高系统效率,但只要膨胀机的效率达到一定值,带膨胀机循环的系统性能将优于带回热器循环的系统性能.
【总页数】4页(P39-42)
【作者】管海清;马一太;李敏霞;杨俊兰
【作者单位】天津大学,天津,300072;天津大学,天津,300072;天津大学,天
津,300072;天津大学,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TB61
【相关文献】
1.CO2跨临界循环带膨胀压缩机系统热力学分析 [J], 李敏霞;马一太;苏维城;卢苇
2.CO2跨临界循环优化配置热力学分析 [J], 杨俊兰;马一太;冯刚;曾宪阳;刘圣春
3.两种低热与中热硅酸盐水泥混凝土\r热力学特性对比分析 [J], 樊启祥;杨华全;李文伟;汪志林;陈霞
4.两种乙烷回收新流程的热力学对比分析 [J], 唐敏;刘博;许骞
5.低阻硅TSV与铜填充TSV热力学特性对比分析 [J], 邓小英;于思齐;王士伟;谢奕
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跨临界压缩二氧化碳储能系统热力学特性及技术经济性研究

跨临界压缩二氧化碳储能系统热力学特性及技术经济性研究一、本文概述随着全球能源需求的不断增长和环境保护的日益紧迫，高效、清洁的储能技术已成为能源领域的研究热点。

跨临界压缩二氧化碳储能系统作为一种新型的储能技术，具有储能密度高、系统效率高、环境友好等优点，因此受到了广泛关注。

本文旨在深入研究跨临界压缩二氧化碳储能系统的热力学特性及技术经济性，为其在实际应用中的推广和优化提供理论依据和技术支持。

本文将首先介绍跨临界压缩二氧化碳储能系统的基本原理和工作流程，包括压缩、储存、释放和膨胀等关键步骤。

在此基础上，本文将重点分析该系统的热力学特性，包括能量转换效率、热损失、系统稳定性等方面，并通过理论计算和实验验证相结合的方法，探究不同操作条件对系统性能的影响。

本文还将对跨临界压缩二氧化碳储能系统的技术经济性进行评估。

通过构建系统的成本模型和经济分析框架，综合考虑设备投资、运行维护、能源价格等因素，评估该技术在不同应用场景下的经济竞争力。

本文还将探讨如何通过技术创新和系统优化，降低储能成本，提高系统效率，从而推动跨临界压缩二氧化碳储能技术的商业化应用。

本文将对跨临界压缩二氧化碳储能技术的发展前景进行展望，分析其在可再生能源并网、智能电网建设、分布式能源系统等领域的应用潜力，并提出相应的政策建议和研究方向，以促进该技术的持续发展和广泛应用。

二、跨临界压缩二氧化碳储能系统热力学特性研究跨临界压缩二氧化碳储能系统是一种新型的储能技术，其热力学特性研究对于系统的优化设计和运行至关重要。

本研究主要围绕跨临界压缩二氧化碳储能系统的热力学特性展开，深入探讨了其在不同工况下的性能表现。

我们建立了跨临界压缩二氧化碳储能系统的热力学模型，详细描述了系统中各组件的工作原理和热力学过程。

通过对系统内部能量的转换与传递过程进行分析，揭示了其在能量存储和释放过程中的热力学本质。

我们利用热力学模型对系统在不同工况下的性能进行了模拟分析。

通过改变系统的运行参数，如压力、温度等，观察了系统性能的变化趋势。

超临界二氧化碳循环分析2

超临界二氧化碳循环特性作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。

由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式Brayton循环的工质及反应堆的冷却剂。

但氦气循环需较高的循环最高温度（堆芯出口温度）才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。

与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。

同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）。

1. 二氧化碳动力循环（1）简单超临界Brayton循环与理想气体的Brayton循环类似，CO2的简单超临界Brayton循环如图1-1所示,分为以下几个部分:1至2为CO2在压缩机中被压缩至循环最高压力的过程；2至3为CO2在回热器中的吸热过程；3至4为CO2在中间换热器从反应堆堆芯或热源的吸热过程；4至5为CO2在透平中的膨胀做功过程；5至6为CO2回热器中的回热过程；6至1为CO2的预冷过程。

其中，2至3及5至6的回热器的回热过程是Brayton循环的关键。

回热器的存在使得Brayton循环的热量得以最大限度地利用，从而提高了循环的效率。

图1-1简单超临界Brayton循环受堆芯出口温度限制以及CO2工况下比热容变化较大的影响，CO2简单超临界Brayton循环的效率与氦气循环相比并不高。

由于CO2相对氦气较为活泼，高温下可与燃料元件和金属构件发生化学腐蚀，因此，在使用CO2作为冷却剂的气冷堆中存在工程约束条件，即CO2的工作温度不能超过670℃。

CO2跨临界循环优化配置热力学分析

１概述
明＿Ｊ在Ｃ２临界循环中用膨胀机代替节流ｌ，０跨阀，以较大提高系统的ＣＰ。文献［］三种可Ｏ５对不同形式的Ｃ２跨临界两级压缩循环进行了研Ｏ
（．１天津城市建设学院，天津３ｏ８；．０３４２天津大学，天津３０７；．北沧州大化股份有限公司，００２３河沧州０１０）６００
摘

要：对７ｃ２临界循环的性能进行了对比分析，种ｏ跨结果表明，当膨胀机的效率达到６％时，ＣＨ循环的效率最０ＴＤ
高，是一种有发展前途的循环方式。对ＴＤＣＨ循环进行了结构配置优化分析，与存在最佳高压压力时的循环进行了性并能比较。可以发现，优化配置循环的ＣＰ低于最佳高压压力循环时的ＣＰ，ＯＯ当膨胀机的效率达到８％左右时，者的０两
ＣＰ才能够基本相当。所以在优化整个系统的结构设计时，Ｏ应该权衡考虑各方面因素的影响。
关键词：ｃ２临界循环；ｏ跨性能提高；化配置；优热力学分析
中图分类号：Ｔ６Ｂ文献标识码：Ａ
ＴｅｍｏｙｍｎｃＡｎｌｓｏｔｈｒｄｎｉａｙｉｆｒＯｐｉａｉｎＣｎｇｒｔｎｏｏ２ａｓｒｔａｃｅｓｍＤｔｏｆｕａｉｆｃｎｃｉｃｌＣｙｌｏｉｏＴｒｉ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｐｒｒａｃｏｖｎｄｆｒｎｔｐｓｏｃ２ｒｎｃｉｃｌｙｌｓａｅａａｙｅｎｏｐｒｄ．ｈｓｌｈｗｔａｔｅｃｅ — ｅｏｍｎｅｆｒｓｅｉｅｅｔｙｅｆｏｔｓｒｉａｃｃｒｎｌｚｄａｄｃｍａｅＴｅｒｕｔｓｏｈｔｏｆｆｅａｔｅｅｓｈｉｃｅｔｏｅｏｍａｃｅＴＤｃｃｅｗｔｘａｄｒｅｆｉｃｃｅｉｇ６％ｏｔｅｏｍｓｔｏｅｏｅｏｅｙｌｓａｉｎｃｎｉｉｎｆｐｒｒｎｅｏｔＣＨｙｌｉｅｐｎｅｆｃｎｙａｈｖｎ０ｆｆｈｈｉｅｉｕｒｒｓｔｔｒｃｃｅｔｇｖｏｄ — ｐｆｈｆｈｈｅｔｎ，ｗｃｓａｐｏｏｉｃｃｅｉｓｏｉｈｈｉｒｐｓ￣ｙｌ．Ａｎｈｅ，ｏｔｚｔｎｃｎｇｒｔｎａａｙｉｏｒＣＨｙｌｓｐｒｏｍｅｎｄｔｅｐｒｒｎｅｏｔｉｄｔｎｐｉａｉｏｆｕａｉｎｌｓｍｉｏｉｏｓｆＴＤｃｃｅｉｅｆｒｄａｈｅｆｍａｃｆｈｓｏ

CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析

CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析
谢英柏;孙刚磊;刘春涛;刘迎福
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2008(59)12
【摘要】由于臭氧层破坏和温室效应的不利影响，用自然工质替代合成工质越来
越受到国内外制冷界的重视。

在几种常用的自然工质中，除水和空气以外，CO2
是与环境最为友善的制冷工质之一。

CO2使用安全，无毒；物理化学稳定性好；
单位容积制冷量大，有利于减少装置体积；在超临界条件下，它的流动传热性能好；此外，CO2容易获取，价格低廉，不需要回收，
【总页数】5页(P2985-2989)
【作者】谢英柏;孙刚磊;刘春涛;刘迎福
【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保
定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保
定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保
定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TB61
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1.CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析 [J], 刘圣春;李正
2.跨临界 CO2 双级压缩制冷循环的热力学分析与比较 [J], 张振迎;佟丽蕊;王洪利;马一太
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4.CO2跨临界压缩式制冷循环理论分析 [J], 王燕江;陶乐仁;刘银燕;王超
5.CO_2跨临界两级压缩制冷循环热力学分析 [J], 刘军朴;陈江平;陈芝久
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二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究共3篇

二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究共3篇二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究1随着全球能源需求的不断增加，人类对能源资源的需求日益加剧。

同时，随着二氧化碳排放量的不断增加，全球温室效应日益加剧，环境污染问题已经成为世界面临的重要问题之一。

为解决这些问题，相应的环保措施已经受到了越来越多的关注。

近年来，二氧化碳跨临界循环技术已经成为一种重要的环保节能技术。

作为一种新型的加工和能源转换技术，它已经得到了广泛的研究和应用。

该技术利用二氧化碳工作介质的特殊性质，实现了二氧化碳的高效回收和能量利用。

在二氧化碳跨临界循环过程中，热交换是其中一个重要的环节。

在该过程中，热能的差异通过换热器进行转移，以实现二氧化碳的冷却和加热。

因此，热交换器的设计和性能对二氧化碳跨临界循环的效率和稳定性具有关键作用。

传统的热交换器设计往往难以满足二氧化碳跨临界循环的实际需求，因此需要开发出新的设计思路和设计方法。

在二氧化碳跨临界循环中，膨胀过程也是其中一个重要的环节。

通过使用高效的膨胀器件，可以将工作介质的压力能够转化成动能和有用的功。

因此，膨胀器件的设计和性能也是二氧化碳跨临界循环效率的关键因素。

目前，常见的膨胀器件主要包括节流阀、透平等。

在选择膨胀器件时，需要综合考虑工作介质性质、压力差、流量等多个因素。

总之，二氧化碳跨临界循环技术是一种向低排放、高效率、安全环保的方向发展的能源转换技术。

在该技术的实现过程中，热交换和膨胀是其中两个重要的环节。

通过合理的设计和优化，可以提高二氧化碳跨临界循环的整体效率和稳定性，推动该技术进一步发展和应用总之，二氧化碳跨临界循环技术在能源转换和减排方面具有广泛的应用前景。

在热交换和膨胀等关键环节上，通过新的设计思路和优化方法，可以进一步提高技术的效率和稳定性。

该技术有望成为未来能源领域的重要方向，促进低碳经济和可持续发展二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究2二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究随着能源消费的不断增加，传统能源逐渐减少，环境问题日益严重，绿色能源逐渐成为人们关注的焦点。

CO2跨临界(逆)循环的热力学分析

CO2跨临界（逆）循环的热力学分析时第19卷第6期工程热物理1998年11月JOURNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICS,r0l19.NO6NOV..1998CO2跨临界(逆)循环的热力学分析6I\马一太√吕灿仁(天津大学热能研究所天津300072)关键词co(R744),跨临界循环,热泵,回热器,膨胀机冉1)f乏未●.'...'.....…_..'一-1前言世界各国开展了寻求CFC和HCFC替代物的广泛研究.到目前这项研究已有了实质性的进展.主要提出了包括R134a在内的若干HFC及其混合物来替代R12,1%502和R22等,并且已开始商业化生产.但人们已发现这些新工质并没有达到"长期"替代物的要求,大部分HFC都有较高的温室效应和某些缺陷.随着世界范围制冷空调技术的应用和发展,对各种制冷工质的需求量逐年上升,每年达到数十万吨的消耗量,其中绝大部分将扩散到大气中去.这些物质的寿命或长或短,都会增加温室效应,或分解产生其它的副作用.人类大规模生产地球上本来不存在的气态物质,最终要破坏地球的生态平衡.作为制冷剂,在上世纪末至本世纪三十年代前CO2(R744),氨(R717),SO2(R764),氯甲烷(R40)等曾被广泛应用.由于上述除CO2之外的工质都有毒性或可燃性,无毒不燃的CO.在民用制冷和船用制冷等方面有其不可替代的优势.据文献记载,英国的HiglandChief商船在1890年安装了第一台CO2制冷机,从此CO2制冷机开始在海运轮船上普及.到1930年,80%船舶采用CO2制冷机,其余的20%则用氨制冷机,最后一艘配有CO2制冷机的轮船是在1950年退役的.CO2用于空调机较晚.它在1919年出现在剧院和商业空调,1927年用于办公楼, 1930年用于民用空调.当臭氧层破坏基本有了解决途径之后,温室效应引起人们较大的关注.CO是温室气体,但从分子角度看,各种HFC的温室效应是CO2的1000---2000倍,大量生产和应用HFC必将加速全球变暖的趋势.已故的前国际制冷学会主席G.Lorentzen曾发表多篇论文,大力提倡使用自然制冷工质,包括氨,碳氢化合物和CO2.他认为CO2是"无可取代的制冷剂",可望在制冷和热泵中发挥作用.挪威SINTEF研究所率先进行汽车空调用CO2作为制冷剂的实验研究,样机实验已得出较好的结果,德国也开展CO2工质汽车空调和热泵应用的研究.2C02热力学性质及优势采用CO2为逆循环工质是基于几方面的考虑.首先CO2是自然界存在的物质.它的臭氧层破坏势ODP值为零,其温室效应势GWP值也很低.实际上,CO2可来源于国家自然科学基金资助项目.车文曾于1997年u月在洛阳召开的中国工程熟物理学会工程热力学与能源利用学术会议上宣读修改稿于1998年1月13日收到.工程熟物理l9卷工业废气,对它加以利用并不增加其在大气中的浓度.另外,作为自然工质的CO2安全的物质,无毒不燃,容易获得,价格便宜,并与目前常用的材料相容,其热物性数据比较成熟.CO2有较低的临界温度和较高的工作压力,用于逆循环的放热过程可处于超临界区,具有较大的温度滑移,该放热过程可以和变温热源相匹配,因此是一种特殊的劳伦兹循环,亦可称三角循环.该循环更适合于以水为热源的热泵系统,以实现提供较高温度的热量输出并有较高的用能效率.这些独特的优势使CO2可作为CFCsHCFCs和HFCs的长期替代物,有非常光明的应用前景.3CO2跨临界循环(TranscriticalCycle)及其最大COP图1给出CO2逆循环系统原理图,它与普通制冷循环基本相似.所不同的是,压缩机的排气压力在临界压力之上,工质在超临界区经定压放热,如图2的1-2-3—4—1.此类循环有时也称为超临界循环(SupercrltlcalCycle).这是当前C02制冷循环研究中最为活跃的循环方式.在跨临界循环或超临界循环时,高压端换热器不叫冷凝器,而称气体冷却器(GasCoder).蒸发器图1简单CO2循环系统4,(a)T一5-图(b)P—h图图2不同压缩比下的CO2循环与外界冷却流体的温度有关.CO2在高压下冷却到终温,可有不同的压缩比,其COP值随压缩比P2/只有较大变化.图2为不同压比下的循环热力图,在一定的压缩比下其COP达最大值,见图3.在典型的空调工况下,=7.2.C,=32.C403o耋252.01510517l92I232527压缩比图3CO2跨临界循环的大G0P504540353o253035404550/℃图4最大G0P和的关系T3=40.c,并用理想压缩机,最大COP:3.61.计算表明,COP随的增加迅速下降,并随的增加而增加,见图4. 在本文中所有CO2的COP都是在给定条件下的最大值.4C02的回热循环对CO2来说,减少节流损失的有效途径之一就是采用回热循环.计算表明,当回热器中蒸气过热温度为25.C时,COP可提高6%,但压缩机的吸气量因过热度的提高而下降.见图5的相对值月与月d.6期马一太菩:c02跨临界(逆)循环的热力学分析6675C02双级压缩循环示于图6的双级压缩系统可有效地降低排气温度与单级压缩相似,在一定的压缩比尸4/下可达COP最大值.计算时中间压力=,/马××∈式中∈=1.0一l_2,根据不同工况进行调整,以保证=图7给出的结果指出,在相同的工况下,双级压缩比单级压缩的COP提高12～l4%.111OtJ.9《t1.807图5回热循环相对00P和吸气量与回热度DT1的关系图6双级压缩系统热力图6用膨胀机回收膨胀功图7单级和双级压缩系统的G0P理论上讲,在制冷循环中可以用膨胀机代替节流阀,以回收工质从高压到低压过程的膨胀功,原理图见图8.但这在传统的亚临界逆循环中几乎没有采用.原因是多方面的,如膨胀机工作在两相流条件下,膨胀功相对数量较小,工质的容积膨胀比很大(一般20—40),这样的膨胀机实现起来有许多技术上的困难.CO2跨临界循环的膨胀机同样也面临着许多难题,但比常规工质更具有可行性.如cO2的容积膨胀比是常规工质的十分之一,仅为2—4;其膨胀功所占的比例也较大,回收起来更有效益.如果设膨胀机的效率为0.65,压缩机的绝热效率为0.8,电机效率为0.9,采用四种循环模型:(1)简单循环,(2)单级压缩回热循环,嘭(3)双级压缩回热循环,(4)用膨胀气体冷却器机的单级压缩循环.在相同的条蔫发器件下,其循环实际cDP依次提高,图8有膨胀机的单级如图9所示-其中第(4)种模型是压缩系统一个很有研究和应用前景的方向图9四种模型的G0P值随的变化关系7热回收一C02循环的优势几乎所有空调系统都把冷凝熟释放到环境中,这是极大的浪费.但在传统空调系统的冷凝温度太低不便于回收.如果适当提高冷凝温度,空调系统可同时用于空气调节和热回收,COP会随之下降考虑一热泵系统,其热回收温度为一较高水平,如65.c.对霉工程热物理l9卷于R22循环,设=70.C,和与上述相同,计算得COPfL22=3.226.对于CO2循环COPco=3.725,其比值为1.12.可见在此系统中CO2可发挥重要作用.多年来人们在研究热泵循环时一直在寻求一种理想的工质,希望在蒸发过程中有较小的相变温差,以和自然界的低温热源相匹配;在冷凝过程中有较大的相变温差,以适应热泵采暖,热泵干燥等梯级放热的要求.CO2的跨临界循环正好能达到这一要求.8结论本文从热力学循环分析角度揭示了CO2跨(超)临界循环的特性,分析可得出:(1)COz具有优良的热力特性和环境特性,其跨临界循环有独特的热力学特性.(2)采用双级压缩回热循环,CO2循环的COP值可以和R22,R134a等常规循环相接近.(3)因Co2在跨临界循环中有很小的容积膨胀比和较大的膨胀功,其单级压缩亦可得到较高的COP,研究实现用膨胀机代替节流阀有非常重要的意义.(4)分析表明CO2跨临界循环可在热泵余热回收系统中发挥大的作用,达到冷热联供.致谢作者感谢美国伊利诺大学空调制冷研究中心主任ClarkW.Bullard对论文研究工作提供的方便和建议.参考文献1w_lJi&nHMotz.PrinciplesofRefrigeration,Nickerson&CollinsCo.Chicago. 1932GuatavLocentzcn,JosteinPettersen.ANewEl丑cientandEnvironmentallyBenignSystemforCarAi卜ConditioningInt.JRefrig.16r1:2l4【司Jc~teinPettersenAnEfficientNewAutomobileAi卜ConditioningSystemDasedonCO2VaporCompressionASHARE.Tra珊.1994.057MSonnekalb.JKohle~.AI卜ConditioningUnitUsingCOaa日RefrigerantInstalledinaBus.Intern~tionaIConferen∞oROzoneProtectionTechnologies.0ct21-23.1996Washington[5]JWertenbacb,JMaue.COaRefrigerationSysteminAutomobileAi卜Conditi.ning.InternationaI ConfexenceonOzoneProtectionTechnologies.Oct2I_231996Wemhington THERMoDYNAMICANALYSIS0FC0,TRANSCRITICALCYCLEMAYitaiYANGZhaoL寸Canreu(Therma/EnergyResearv~ht如TianfinUniverslT/ard~300072)AbstractCo2isasafenatrualrefHgerantwhichhadbeenandwillbewidelyusedinaircondi—tioningandheatpumpsystemsThethernodynamicanalysisoftheC02transcritiealcycle ispresentedinthispaper.TheresultshowsthattheC02cyclesoffersheatrecoverybenefit asahepumpsystem.ItispossiblethattheCOPvalueofC02cycleCancompetewith thoseofR22orR134a-ftwostagecompressionsystemoranexpandersystemareused. KeywordsCO2(R744),transcrlticulcycle,heatpump1expander。

二氧化碳跨临界循环的理论分析与研究

二氧化碳跨临界循环的理论分析与研究乔丽李树林西安建筑科技大学710055摘要：本文主要对自然工质二氧化碳的替代进行研究。

对其热力性质、循环特性进行分析研究，以求进一步完善R744循环。

关键词：自然工质跨临界循环热泵气体冷却器Theoretical Studies and analysis on Transcritical CO2 CyclesAbstract: This paper studies the CO2which one of natural refrigerant, analyzes its thermal properties, the character of CO2 cycle, to make transcritical CO2 cycle more perfectly.Keywords: natural refrigerant, transcritical system, heat pump, gas cooler1前言当前环境问题已成为一个重要的全球问题，其中臭氧层破坏和温室效应问题直接关系到人类的健康和生存，引起了人们的高度重视。

在制冷及热泵装置中广泛使用的CFCs、HCFCs工质是引起臭氧层破坏的主要原因，而且，这些工质为温室气体，已列入逐步被淘汰之列。

制冷空调行业为了适应CFCs和HCFCs制冷工质的淘汰，纷纷转轨使用HFCs，人们一直认为HFCs 是CFCs制冷工质的长期替代物。

现在《京都议定书》又将HFCs列入了温室气体清单中，要对它们的排放加以控制。

国内外制冷空调行业均在探索如何总结历史经验，寻求正确、科学地解决由于环保要求提出的制冷工质替代问题，力争少走弯路。

为了应对环保要求的挑战，在寻找、开发替代制冷工质的过程中，逐渐形成了两种替代路线：即以美国、日本为首的国家仍主张使用HFCs[1]，包括开发纯组分的新一代制冷工质或二元、三元共沸和非共沸混合物；德国、瑞士等欧洲国家主张使用自然工质，包括HCs、CO2、NH3等。

超临界二氧化碳循环分析1

超临界二氧化碳循环分析1超临界二氧化碳动力循环与氦动力循环的比较目前，世界上正在建设和研究的高温气冷堆都是使用He作为工质，这是因为He具有很好的稳定性、化学相容性及热传导性。

但是，He作为工质存在一些不足，例如动力循环需要较高的温度、难于压缩等，给反应堆和换热部件的结构材料、叶轮机械的设计带来很多困难。

出于降低反应堆结构材料要求、减少技术难度、提高反应堆的安全性与经济性等各方面的考虑，有学者进行了选取CO2作为循环工质的研究。

CO2虽然在稳定性、热传导性方面比He稍差，但CO2具有合适的临界参数，不需要很高的循环温度就可以达到满意的效率，且具有压缩性好、储量丰富等优点。

采用CO2作为循环工质可以降低循环温度和压缩功，从而提高反应堆的安全性，同时降低反应堆造价。

超临界CO2的闭式布雷顿循环被推荐在铅冷快堆及钠冷快堆中使用。

1. 二氧化碳布雷顿循环分析（1）二氧化碳布雷顿循环CO2与He在动力循环中最大的不同点就是气体性质随压力、温度的变化差别很大（表1-1）。

高压（7.5 MPa）环境中，CO2的导热系数λ、定压比热容c p 和压缩因子z均与低压（0.1 MPa）下的参数有很大差异；在循环工况下，He 循环可以视为理想气体循环，除密度外，其余参数变化不大。

动力循环的工况，CO2的工作参数在其临界点（7.377 MPa，31℃）附近；因此，CO2动力循环除与He循环有相同的决定因素外，还取决于动力循环的不同实际工况，即超临界压力、跨临界压力及亚临界压力3种循环工况（图1-1）。

超临界循环：循环压力及温度均在临界参数以上；跨临界循环：循环高压侧压力高于临界压力，低压侧压力低于临界压力；亚临界压力循环：循环压力均低于临界压力，工作于气相区。

表1-1 CO2和He热物性比较（35℃）工质P/MPaρ/kg·m-3λ/W·(m·K)-1C P/kJ·(kg·K)-1zC O2 7.5 277.6 0.03532 5.9306 0.463 0.1 1.95 0.01497 0.828 0.879He 7.5 11.32 0.1604 5.198 1.0330.1 0.156 0.1571 5.198 0.999 （2）CO2简单循环与He循环的对比分析以英国改进型气冷堆（AGR）为例。

多种构型超临界CO2循环热力学解构分析与参数优化

第42卷,总第244期2024年3月,第2期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.42,Sum.No.244Mar.2024,No.2多种构型超临界CO 2循环热力学解构分析与参数优化张　斌1,刘嘉楷1,张逸飞2,辛团团2(1.山东电力工程咨询院有限公司,山东　济南　250014;2.华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206)摘　要:新型超临界CO 2(S -CO 2)循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。

为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S -CO 2循环解构为若干热功转换过程,建立各解构过程与循环效率之间的关联方程,进而开展流程参数优化。

研究结果表明,预压缩、后压缩和再压缩方案均是通过增加压缩耗功,减少吸热量实现循环效率提升,其中再压缩方案效果最优,再压缩流量优化后循环效率提高5.1%;采用部分间冷方案,可有效降低压缩功耗,同时避免高品位热量贬值,间冷压力优化后循环效率提高2.2%;再热方案在不改变压缩耗功的前提下,增加透平出功,再热压力优化后循环效率提高1.9%;最后,循环联用再压缩、间冷和再热三种节能措施,可使效率提高9.3%。

关键词:超临界CO 2循环;流程改良;热力学优化;过程解构分析;热功等效转换中图分类号:TK019 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2024)02-0143-07收稿日期　2023-11-07 修订稿日期　2023-12-08基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(52306008)作者简介:张斌(1970~),男,本科,高级工程师,研究方向为火力发电厂设计及节能技术。

Thermodynamic Process Splitting Analysis and Parameter Optimization ofSupercritical CO 2Cycles with Virous ConfigurationsZHANG Bin 1,LIU Jia -kai 1,ZHANG Yi -fei 2,XIN Tuan -tuan 2(1.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute,Jinan 250014,China;2.School of Energy,Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Beijing 102206,China)Abstract :The efficiency of novel supercritical CO 2(S -CO 2)cycles can be improved by process modifi⁃cation,making the configuration layout complex and diverse.To clearly explain the mechanism of process modification measures for the improvement of cycle efficiency,in this paper,five complex modified S -CO 2cycles,including pre -compression,post -compression,recompression,intercooling and reheat,are split into several heat -to -power conversion processes.Then,the correlation equations between the split processes and cycle efficiency are established to optimize the processes and parameters.Resultsshow that the pre -compression,post -compression and recompression schemes increase the power con⁃sumption of compression and reduce the heat input for the cycle efficiency improvement.The recompres⁃sion scheme features the best performance and the cycle efficiency is increased by 5.1%points after opti⁃mizing the flow rate of recompressed stream.Moreover,adoption of the partial intercooling scheme can ef⁃·341·fectively reduce the power consumption of compression and meanwhile avoid high-level heat degrading, and the cycle efficiency is increased by2.2%points after the optimization of intercooling pressure.In addition,the reheat scheme increases the output power of turbine without changing the power consump⁃tion of compression and the efficiency of cycle is increased by1.9%points after optimizing the reheat pressure.Finally,the combination of recompression,intercooling and reheat increases the cycle efficien⁃cy by9.3%points.Key words:supercritical CO2cycle;process modification;thermodynamic optimization;process splitting analysis;equivalent heat-to-power conversion0　引言流程改良是提高热力循环效率的重要手段[1]。

二氧化碳及其混合工质跨临界朗肯循环热力学研究

第52卷第1期2021年1月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.1Jan.2021二氧化碳及其混合工质跨临界朗肯循环热力学研究谢昊源，杨雨缘，饶政华(中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083)摘要：利用热力学仿真的方法，研究纯CO 2及其与R32，R1270，R290，R161，R152a ，R1234yf 和R1234ze 共7种有机工质组成的二元混合工质下循环的热效率和㶲效率。

研究结果表明：有机工质添加比上限为70%，超过该比例时回热器热侧出口温度过高，导致循环变为朗肯循环；大部分混合工质热效率随一级透平入口压力p 4增大而升高，其最佳再热入口压力p 5在10~13MPa 范围内；研究工质中，CO 2-R152a 的回热再热循环热效率和㶲效率最高，较纯CO 2循环分别提升16.16%和28.46%，这是因为其临界温度最高、临界压力最低导致系统做功更多、热损更少。

关键词：跨临界CO 2朗肯循环；混合工质；热力学模拟中图分类号：TK11文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）01-0160-08Thermodynamic research on transcritical rankine cycle usingCO 2and CO 2-based mixturesXIE Haoyuan,YANG Yuyuan,RAO Zhenghua(School of Energy Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract:The thermodynamic simulation methods were used to study thermal/exergy efficiency of pure CO 2and its mixed working fluids composed of R32,R1270,R290,R161,R152a,R1234yf and R1234ze,which were organic working fluids.The results show the proportion of organic working fluids are 70%,because the outlet temperature of the hot side of the regenerator is too high when this ratio is exceeded,causing the cycle become Rankine cycle.Most of mixed working fluids increase the thermal efficiency with the increase of the inlet pressure p 4,and the optimal inlet pressure p 5is in the range of 10−13MPa.Among the working fluids,CO 2-R152a has the highest thermal efficiency/exergy efficiency,which is 16.16%and 28.46%higher than that of the pure CO 2cycle.This is because the highest critical temperature and the lowest critical pressure lead to more system work and less heat loss.DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.01.016收稿日期：2020−07−16；修回日期：2020−09−11基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51606225)；湖南省自然科学基金资助项目(2020JJ4722)(Project(51606225)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2020JJ4722)supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)通信作者：饶政华，博士，副教授，从事太阳能热利用研究；E-mail ：************.cn引用格式：谢昊源,杨雨缘,饶政华.二氧化碳及其混合工质跨临界朗肯循环热力学研究[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(1):160−167.Citation:XIE Haoyuan,YANG Yuyuan,RAO Zhenghua.Thermodynamic research on transcritical rankine cycle using CO 2and CO 2-based mixtures[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(1):160−167.第1期谢昊源，等：二氧化碳及其混合工质跨临界朗肯循环热力学研究Key words:transcritical CO2Rankine cycle;mixed working fluids;thermodynamic simulation二氧化碳(CO2)具有无毒、不燃、热稳定性强、热性能优良等特点，可作为替代工质用于动力循环，在太阳能热发电、核能发电等领域具有广阔的应用前景[1]。

CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析

ＣＯ２跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析
谢英柏，孙刚磊，刘春涛，刘迎福
（北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定０１０）华７０３
关键词：跨临界双级制冷循环；Ｃ。Ｏ；中间冷却；热力学分析；性能系数
士丘
ＨＣＣ类物质的长期替代物具有非常光明的前途。Ｆｓ
目前看来，Ｃ。在汽车空调、热泵热水器、热泵Ｏ
由于臭氧层破坏和温室效应的不利影响，用自然工质替代合成工质越来越受到国内外制冷界的重视。在几种常用的自然工质中，除水和空气以
ｔｍｐｒｔｒｆ３ ℃ ．ｈｎｔｅｉｔｒｏｌｒｏｅａｅｔａｏｔｔｅｇｏｅｒｃｍｅｎｏｈｖｐｒｔｇａｄｅｅａｕｅｏ５Ｗｅｈｎｅｃｏｅｐｒｔｄａｂｕｈｅｍｔｉａｆｔｅｅａｏａｉｎｎｃｎｅｓｎｒｓｕｅ，ｃｍｐｒｄｗｉｈｔｅｓｎｌｔｇｙｌ，ｔｅｃｅｆｉｎｆｐｒｏｍａｃ（ｏｄｎｉｇｐｅｓｒｓｏａｅｔｈｉｇｅｓａｅｃｃｅｈｏｆｉｅｔｏｅｆｒｎｅＣＯＰｏｈｃ）ｆｅｔ
中图分类号：Ｔ１Ｂ６文献标识码：Ａ文章编号：０３ — １５（０８１ —２８ —０４８１７２０）２９５５

采用：不同膨胀机构的跨临界CO2循环性能分析

中图分类号：Ｂ１Ｔ６２Ｔ６，Ｂ５
文献标识码：Ａ
文章编号：００６１（０２０ —０３０１０－５６２１）１０３ —７
ＴｈｒｏｙｍｉｎｌｓｓｏｒｎｃｉｉａｅｍｄｎａｃａａｙｉｆｔａｓｒｔｃｌＣＯ２ｒｆｉｅａｉｎｅｒｇｒｔｏｃｃｅｗｉｈｄｆｅｅｔｅｐｎｉｎｄｖｃｙｌｔｉｆｒｎｘａｓｏｅｉｅ
ｔｎａｖ，ｘａｄｒｅｅｔｒａｄｖｒｘｔｂｓｐｒｒｄｂｈｉｓａｄｓｃｎａｆｈｒｄｎｍｉｓｌｇｖｌｅｅｐｎｅ，ｊｃｏｎｏｔｕｅｗａｅｆｍｅｙｔｅｆｔｎｅｏｄｌｗｓｏｅｍｏｙａｃｉｅｏｒｔ
ｓｒｔｃｌｃｒｏｉｘｄｅｉｅａｉｎｃｃｅｗｉｈｏｈｅｘｎｉｎｄｅｉｅｓｌｓｈｎｔｅｅｅｇｏｓｏｏ — ｃｉａａｂｎｄｏｉｅｒｆｇｒｔｏｙｌｔｔｒｅｐａｓｏｖｃｓｉｅｓｔａｈｘｒｙｌｓｆｃｍｉｒ
ＭａＪａｌ，ＬｕＣａｇａｕｎｉ。ｉｈｎｈｉ，ＨｏｕＹｕ，
（Ｓ．ｅａｏａｏｆｌｐａｅＦｏｏｅＥｇｎｅｎ，ＸｈｉｏｏｇＵｉｅｓｙｉｎ７０４ＣｉａｔｅＫｙＬｂｒｔｒｏｔｈｓｌｗｉＰｗｒｎｉｅｒｇｉｎＪｔｎｎｖｒｉ，Ｘｈ１０９，ｈｎ）ａｔｙＭｕｉｎｉａｔ（ｃｏｌｆｎｒｙａｄＰｗｒＥｇｎｅｉｇＸｈｉｔｎｎｖｒｉ，Ｘｈ１０９，ｈｎ）ＳｈｏｏＥｅｇｎｏｅｎｉｅｒ，ｉｎＪａｏｇＵｉｅｓｙｉｎ７０４Ｃｉａｎｏｔ

CO_2跨临界循环吸热过程换热性能理论分析

CO_2跨临界循环吸热过程换热性能理论分析
马一太;杨俊兰;管海清;李敏霞
【期刊名称】《热科学与技术》
【年(卷),期】2003(2)4
【摘要】通过对两相流型和干涸现象进行分析 ,发现 CO2 在吸热沸腾过程中 ,环状流是主要的流型 ,液滴夹带和沉降是支持环状流最可能的机理。

与其他制冷剂相比 ,CO2 出现环状流以及发生干涸时的干度值要低得多。

并且干涸前和干涸后的传热特点 ,以及关联式形式存在很大差别 ,应该区分对待。

因此 ,研究能淮确描述 CO2流动沸腾换热关联式 ,为 CO2 跨临界制冷循环蒸发器的优化设计提供理论依据 ,是非常必要的。

【总页数】5页(P297-301)
【关键词】二氧化碳;跨临界吸热过程;干涸;CO2;吸热沸腾;环状流;制冷剂;流动换热【作者】马一太;杨俊兰;管海清;李敏霞
【作者单位】天津大学热能研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB612;TK124
【相关文献】
1.二氧化碳跨临界循环放热过程换热性能研究 [J], 马一太;杨俊兰;管海清;卢苇
2.CO_2跨临界双级压缩循环性能研究及理论分析 [J], 马一太;安青松;王洪利
3.共沸混合物(R290/CO_2)跨临界动力循环性能分析（英文） [J], 潘利生;魏小林;
史维秀
4.CO_2/二甲醚混合制冷剂跨临界制冷循环性能分析 [J], 毕胜山;陈强;吴江涛;刘志刚
5.CO_2跨临界循环中膨胀过程的对比与分析 [J], 查世彤;马一太;李丽新;李敏霞;管海清
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二氧化碳跨临界循环热泵热水系统的应用分析的开题报告

二氧化碳跨临界循环热泵热水系统的应用分析的开题报告
一、研究背景
随着全球能源消耗的不断增加和环境问题的日益突出，绿色、低碳、可持续的能源利用已成为当前能源技术研究的热点和前沿领域。

在此背景下，热泵技术成为了一
种节能环保的新型能源利用方式。

而跨临界CO2循环热泵技术由于具有较高的热效率和环保性，近年来受到了越来越多的关注和研究。

二、研究目的
本文旨在通过对二氧化碳跨临界循环热泵热水系统的应用分析，探究其在现有能源技术中的应用前景和优势。

三、研究内容
1. CO2跨临界循环热泵技术的原理与特点；
2. CO2跨临界循环热泵热水系统的组成、工作原理和优缺点；
3. 基于跨临界CO2循环热泵技术的热水系统应用案例；
4. CO2跨临界循环热泵热水系统的环境效益和经济优势分析。

四、研究方法
本文将采用文献调研法和实验分析法相结合的方法。

首先，对现有相关文献进行调研和分析，了解和掌握CO2跨临界循环热泵技术的基本原理和热水系统的组成、工作原理和优缺点。

其次，对CO2跨临界循环热泵热水系统进行实验，从实践角度探究其在应用中的效果和问题，并对其环境效益和经济优势进行实证分析。

五、预期成果
通过对CO2跨临界循环热泵热水系统的应用分析，本文将揭示此技术在热水供
应中的潜在应用前景和优势，并进一步明确其在实际应用中需要解决的问题和难点。

同时，本文还将对CO2跨临界循环热泵热水系统的环境效益和经济优势进行实证分析，为其在实践中的推广和应用提供理论和实践依据。

超临界二氧化碳热值传递与热力循环

超临界二氧化碳热值传递与热力循环超临界二氧化碳热值传递与热力循环是一种新型的能源转换与利用技术，具有极高的能源效率和环保性。

本文将从介绍超临界二氧化碳的基本特性和热值传递原理出发，详细阐述其热力循环过程和应用领域，并探讨其在未来能源发展中的重要性和展望。

超临界二氧化碳是指在临界点以上的高温高压下，二氧化碳的物理状态发生变化，表现出类似气态和液态的混合物质，具有高密度、高扩散性、高可压缩性和高特性热容等特性。

这些特性使得超临界二氧化碳在热值传递领域具有独特的优势。

通过将超临界二氧化碳作为工质，利用其高温高压的特性和强烈的对流传热效应，可以实现高效的能量传递和转换，从而提高系统的热效率和节能环保性。

超临界二氧化碳的热值传递原理可以通过热力循环过程来描述。

超临界二氧化碳热力循环是一种基于Brayton循环原理的闭合式热力循环，其原理是通过一个压缩机将低温低压的二氧化碳压缩到高温高压的状态，然后将高温高压的二氧化碳加热，再通过一个膨胀机将高温高压的二氧化碳放松成低温低压的状态，最后将低温低压的二氧化碳冷却，再回到压缩机循环利用。

这一循环过程实现了机械能和热能之间的转换，从而实现对燃料能源的高效利用。

超临界二氧化碳热力循环具有广泛的应用领域。

目前，其主要应用于核电站余热利用、火力发电高温低效率的提升、航天航空动力系统、燃烧排放控制等领域。

其中，超临界二氧化碳热力循环在核电站的应用具有巨大潜力。

传统核电站在工作过程中会产生大量的余热，浪费能源。

而通过利用超临界二氧化碳热力循环技术，可以将这些余热转化为电力，发挥最大利用价值，提高核电站的能源效率。

超临界二氧化碳热力循环技术在未来的能源发展中具有重要的意义和展望。

随着全球能源消耗的不断增加和环保意识的不断提高，需要采用更加环保、高效的能源转换和利用技术。

超临界二氧化碳热力循环正是符合这一需求的新型能源技术，其节能环保性和高效能性将得到进一步的发展和应用，有望成为未来能源体系中的重要组成部分。

超临界CO_2发电循环特性分析

超临界CO_2发电循环特性分析摘要：经济的发展促使人类的文明得以不断的进步，从目前的发展情况来看，我国的经济状况处于平稳上升期，然而能源利用问题在电力供应方面呈现出诸多的问题，如何利用超临界CO2发电循环的特性，以达到节约能源，提高电能转化效率的目的值得深入分析和探索。

本文通过概述S－CO2发电循环的相关情况，分析了数学模型及相关计算的情况。

此研究以分析超临界CO2的发电循环特性的情况作为主要的目的，从而有效提升我国发电的转化效率。

关键词：超临界；CO_2；发电循环特性前言：在经济得以快速发展的同时，近些年来，环境污染的问题变得越来越严重，对于新能源的研发、转化与应用开始受到关注和重视，成为急需解决的众多难题之一。

鉴于超临界CO2相应闭式循环所拥有的良好环保的功效，使其获得了众多学者和专家的重视，有关研究工作得以顺利开展。

通过将超临界CO2发电和太阳能的发电紧密融合到一起，达到对太阳能转化率提升的效果，同时和核反应堆紧密融合之后，则同样使发电转化的效率获得提升，究其原因，在于位于拟临界的区域当中，CO2存在着良好的密度性特征，在传热与动能方面表现出色，使体积的流量得以下降，相应的设备大小降低，有效规避了其中的摩擦损耗的情况，所以深入探讨超临界CO2发电循环特性具有重要的意义。

一、S－CO2发电循环的相关概述此研究当中主要介绍和阐述了相关的5类不同的S－CO2发电循环的相应T－S，具体的详情见下图1。

图1 五类不同的超临界S－CO2的发电循环相应的T －S图对于精简化的回热循环而言，主要构成部分包括了压气机装置、冷却装置、涡轮机设备、加热器装置以及回热器装置各1台，具体的构成部分见上图1a。

其中回热器装置，主要用于对汽轮机所排放的相应热量的情况予以科学回收处理，使其效率得以提升。

现将具体的热力学演变环节总结如下：在1～2 的环节中，主要是压气机的加压处理的环节，让CO2由临界点周围被加压到所设置的压力值的附近；在2～3的环节，则是经过压气机设备的加压处理之后相应的CO2所获得的回热相应的吸收的热量情况；在3 ～4的环节当中，此时的回热器当中经过预热处理之后的CO2在换热器装置里面获得加热处理之后，并最终到了透平的进口的温度标准；在4-5的环节当中，则是经过加压与加热处理之后的CO2所进入到透平之内的膨胀做功的情况；在5～6的环节当中，则由透平位置的出口中的CO2步入到回热器当中所形成的交换热量的情况；在6～1的环节当中，则属于CO2的预冷处理的环节，这时，显然已经达至压气机设备的相关进口参数指标[1]。

二氧化碳跨临界系统参数间相互关系的热力学第二定律的分析与研究

二氧化碳跨临界系统参数间相互关系的热力学第二定律的分析
与研究
于绍飞;刘向龙
【期刊名称】《制冷与空调（四川）》
【年(卷),期】2003(000)001
【摘要】本文利用热力学第二定律的火用(exergy)分析法,对二氧化碳跨临界制冷循环系统进行了仿真和分析,分析显示: 火用效率随着放热压力的变化而变化,其最大值出现在最优放热压力处,同时,本文还就气体冷却器口温度、蒸发温度及蒸汽过热度对系统火用效率的影响进行了仿真和分析.
【总页数】4页(P8-11)
【作者】于绍飞;刘向龙
【作者单位】中南大学,410075;上海理工大学,200093
【正文语种】中文
【中图分类】TB6
【相关文献】
1.单级跨临界二氧化碳带膨胀机循环与四种双级循环的热力学分析 [J], 孙志利;马一太
2.跨临界二氧化碳压缩机热力性能仿真与分析 [J], 胡健;张春路
3.跨临界二氧化碳汽车空调系统的研究与分析 [J], 楼江燕;楼华山
4.一种新型跨临界压缩二氧化碳储能系统热力分析与改进 [J], 何青;郝银萍;刘文毅
5.跨临界二氧化碳循环设备及性能分析 [J], 徐化冰
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