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 ：Ｋ ７ Ｔ ４１
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 。２ １ ０ ０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
（．中 国卫 星 海上 测控部 ， 苏 江 阴 ２４ ３ ；．海 军工程 大学 １ 江 １４ １２
摘
船 舶 与动 力 学院 ， 汉 ４ ０３ ） 武 ３０３
要： 在概述 正反向布雷顿循环发展现状 和有 限时间热力 学理论产生 及发展 的基础上 ， 综述 了利用 有限 时
间热力学方法对 闭式 、 开式正反 向布雷顿循环进行 的热力学分析与优化 的最新研究进展 。 关 键 词 ： 限时间热力 学 ； 有 燃气 轮机 循环 ； 制冷循环 ； 热泵循环 ； 分析与优化 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ９—２ ８ （０２ ０ ０ １ 一 １ １０ ８ ９ ２ １ ） ２— ０ １ Ｏ
的 日益枯 竭 ， 导致 世 界 各 大 强 国通 过 各 种 方 式 争 夺 能源 的斗 争 日趋激 烈 ， 界 范 围 内 的能 源 形 势 对 我 世
１ 正 反 向布 雷 顿循 环 的 发 展 现状
１７ ，ｒｙ ｎＧ ． ８２年 Ｂａｔ ．Ｂ 获得 了 以布雷顿循 环为工 ｏ 作循环 的机器的专利 。此后 ， 以布雷 顿循环 为工 关于
第２ ５卷 第 ２期 ２１ ０ ２年 ６月
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ ５ Ｎｏ ２ Ｌ２ ．
ＧＡＳ Ｔ ＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮ０ＬｏＧＹ
Ｊ ｎ ，２ １ ｕ ． ０２
正 反 向 布 雷 顿 循 环 有 限 时 间热 力 学 分 析 与 优 化 研 究 进 展
张 万里 ， 陈林 根 韩 文 玉 吴 智 文 ， ，
海 世博 会 也积极 提 倡 “ 低碳 世 博 ， 色 出行 ” 绿 。在 这
样 的背 景 下 ， 国 的 能 源 产 业 也 在 积 极 推 动 “ 色 我 绿
转型” 。首先 ， 积极做好现有设备的技术改进工作 ， 让 老 的设备 能 够发 挥更 大 的效 能 ； 次 ， 其 积极 开发 新 的高性 能 产 品 ， 实提 高效 益 ； 次 ， 确 再 大力 发展 核 能 、
量利 用 起 来 将 使 整 个 系 统 的 效 率 更 高 。张 万 里 等 ＿ 则对 布雷顿 循环 、 布 雷 顿 循 环进 行 了第 二 定 ９ 逆 律 分析 和优化 ， 获得 了循 环各 个部 位 的炯损 失分 配 ， 得 出结论 认 为燃 烧 室 处 为 炯 损 失 最 大 的 位 置 。Ａ— ｌ ａｄａａ 等 ‘。 传 统 的 方 法 研 究 了 由 布 雷 顿 循 ｂｏｄｉ ｍ １用 。 环、 两个 平行 的逆 布 雷 顿循 环 和 朗肯 循 环组 成 的联 合 循 环 ， 出结论 认 为 ， 得 当第 二 级逆循 环膨 胀压 力较 大时 ， 环 的性 能可 以获得 改善 ， 循 并且 当 改变第 二级
风 能 、 阳能 、 电及地 热能 等 清洁 、 太 水 高效 、 持续 的 可 “ 色 能源 ” 并 逐步 提 高“ 色能 源 ” 国民经 济 建 绿 ， 绿 在 设 中的 比重 。 目前 阶段 ， 于热 力 循 环 在 能 量 的 收 由
集、 转换 及 利用 方 面起着 至关 重要 的作 用 ， 于如何 关 提 高热 力循 环 的使 用效 能 的研究 成 为 了一个 重要 而
２
燃 气 轮 机 技 术
第２ ５卷
１ １ 燃气 轮机 循环 的发展 现 状 ． 以布雷顿 循环 为工 作循环 的热机称 为燃 气轮 机 循环 。早 期 的 燃 气 轮 机 循 环 … 主 要 应 用 于 航 空 领
循环 压气 机压 比使 循 环 性 能最 优 ； 由于 底 循 环 的 等 压放 热过 程 的压力 低 于 大气 压 力 ， 然 把 这 部 分 热 显
收 稿 日期 ：０ ２— ２ １ ２ １ ０ —０
图 １ 简单布雷顿循环 Ｔ— 图
基 金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 （０ ０ ０ ３ ； 军 工 程 大 学 自然 科 学 基 金 引导 项 目（ Ｇ Ｙ Ｊ１０ １ １９ ５ ９ ） 海 Ｈ Ｄ ＤＪ０ １ ）
作者 简介 ： 张万里 （ ９ １ ） 男 ， １８ 一 ，