超临界二氧化碳循环分析2
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超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环变工况特性分析杨映麟;张尧立;赵英汝;郭奇勋【摘要】超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环是高效紧凑的能量转换方式.目前许多研究在分析循环的特性时,常假设压缩机和透平的效率为恒定,该假设与实际情况差别很大.本文使用MODELICA作为工具,建立了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环模型.对于压缩机和透平,加入了真实压缩机和透平的特性曲线模型.通过模拟计算发现,循环输入功率和循环流量的改变将对循环(火用)效率和各组件的(火用)损产生影响.循环偏离设计工况时,适当控制输入功率和循环流量可调节循环输出功率和(火用)效率.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)009【总页数】10页(P1625-1634)【关键词】超临界二氧化碳;再压缩;特性曲线;(火用)效率;偏离设计工况【作者】杨映麟;张尧立;赵英汝;郭奇勋【作者单位】厦门大学能源学院,福建厦门 361102;厦门大学能源学院,福建厦门361102;厦门大学能源学院,福建厦门 361102;厦门大学能源学院,福建厦门361102【正文语种】中文【中图分类】TL343超临界二氧化碳布雷顿循环(SBC)在20世纪40年代就已被提出[1-2],而由于循环所需各器件制造技术的不完善,对其的研究工作一度中止。
作为第4代核能论坛推荐的动力循环系统,近年来,由于技术的进步,其在核电以及太阳能、火电等方面的应用得到了国内外研究机构的广泛关注[3-9]。
美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories,SNL)搭建了小型超临界二氧化碳布雷顿循环系统并进行了相关数值模拟分析[10];美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory, ANL)研究了超临界二氧化碳布雷顿循环于铅冷快堆、钠冷快堆中的应用[11]。
超临界二氧化碳布雷顿循环可采用多种布置形式,其中,闭式再压缩布雷顿循环(SRBC)不仅具备系统设备小、结构紧凑的优点,还进一步提升了循环的发电效率[12],并解决了回热器的“夹点”问题[13]。
超临界二氧化碳布雷顿循环
超临界二氧化碳布雷顿循环是一种新型的低温二氧化碳发电系统。
它采用了超临界二氧化碳来代替传统的水蒸气发电系统中的水,从而提高了发电系统的效率。
在超临界二氧化碳布雷顿循环中,二氧化碳在超临界状态下被加热。
超临界状态是指二氧化碳被加热至其临界点以上的高温高压状态。
在这种状态下,二氧化碳具有非常高的密度和高度压缩性,因此可以在非常小的管道内流动。
在此循环中,加热器将超临界二氧化碳加热至高温,使其变成高压蒸汽。
接下来,高压蒸汽通过涡轮机驱动发电机,产生电能。
之后,二氧化碳蒸汽被冷却并压缩,然后再次进入加热器,循环往复。
超临界二氧化碳布雷顿循环相比传统的水蒸气发电系统具有明显的优点。
首先,它可以在较低的温度下工作,降低了设备的运营成本。
其次,由于二氧化碳的密度和压缩性很高,因此可以使用较小的管道和设备。
最后,该系统使用的材料具有良好的耐久性,因此可以更长时间地运营。
总之,超临界二氧化碳布雷顿循环是一种具有潜力的新型发电系统,可以提高能源利用效率并降低运营成本。
超临界二氧化碳布雷顿循环的发现一、引言超临界二氧化碳布雷顿循环是一种新型的能源转换技术,能够高效地将化石燃料等能源转化为电力。
该技术的发现对于解决全球能源问题具有重要意义。
二、布雷顿循环的基本原理布雷顿循环是一种常见的热力学循环,通常用于发电厂中。
该循环包括四个主要步骤:加热、膨胀、冷却和压缩。
在这个过程中,燃料被燃烧以产生高温高压的蒸汽,然后通过涡轮机驱动发电机来产生电力。
三、超临界二氧化碳技术的发现超临界二氧化碳技术最初是由美国国家实验室的科学家在20世纪50年代发现的。
当时他们正在寻找一种更有效率地转换化石燃料为电力的方法。
他们通过将二氧化碳加压到极高温度和压力下,使其变成了一种称为“超临界流体”的状态。
这种状态下,二氧化碳具有类似于液态和气态之间的特性,同时具有非常高的密度和低的粘度。
这使得它成为一种理想的工作流体,可以用于代替传统的水蒸汽来驱动涡轮机。
四、超临界二氧化碳布雷顿循环的工作原理超临界二氧化碳布雷顿循环与传统布雷顿循环类似,但使用超临界二氧化碳作为工作流体。
该循环包括以下几个步骤:1.加热:将燃料燃烧以产生高温高压的超临界二氧化碳。
2.膨胀:将超临界二氧化碳通过涡轮机进行膨胀,从而驱动发电机产生电力。
3.冷却:将剩余的超临界二氧化碳冷却并压缩回到初始状态。
4.压缩:再次将压缩后的超临界二氧化碳送回加热器,开始下一轮循环。
五、超临界二氧化碳布雷顿循环的优点相比传统布雷顿循环,超临界二氧化碳布雷顿循环具有以下几个优点:1.更高效率:由于超临界二氧化碳具有更高的密度和低的粘度,因此能够更有效地驱动涡轮机,从而提高发电效率。
2.更环保:使用超临界二氧化碳作为工作流体可以减少大量的二氧化碳排放,从而降低对环境的影响。
3.更灵活:超临界二氧化碳布雷顿循环可以适用于各种不同类型的燃料,包括天然气、煤炭和生物质等。
六、结论超临界二氧化碳布雷顿循环是一种非常有前途的能源转换技术,具有高效率、环保和灵活性等优点。
二氧化碳超临界循环近年来,气候变化和环境保护成为了全球热门话题,在这背景下,全球能源需求急剧增长,直接导致了二氧化碳(CO2)等温室气体的大量排放,这为生态环境带来了很大负担,需要我们想办法来减少这种排放。
目前,一种新型的超临界技术——二氧化碳超临界循环技术,已逐渐引起了人们的关注,被认为是解决大型工业排放管理新的方法。
1、二氧化碳超临界循环技术的概念和原理二氧化碳超临界循环技术通过压缩、加热和制冷对CO2进行处理,使CO2处于高压和高温状态下,变成一种类似流体的物质,即超临界流体。
超临界状态是介于气体和液体之间的状态,具有类似气体和液体的特性,如热传导系数大、稠度小、热膨胀系数小等。
CO2超临界流体在这种状态下,具有很好的流动性,并且不会像气体流动那样跨越,不会像液体那样难处理。
2、二氧化碳超临界循环技术的优势1)环保。
相对于其他燃料,CO2是一种环保的能源,再加上其可以回收循环,二氧化碳超临界循环技术不仅可以解决煤矿巷道和密闭的矿山空气处理难度大的问题,而且可以实现对温室气体的减排,对全球环境的保护有着重要的意义。
2)安全。
二氧化碳是一种惰性气体,无色无味,不贵明火,没有爆炸性,不会对安全造成威胁。
3)经济。
超临界CO2技术可以大大降低处理费用。
根据一些实验证明,超临界CO2技术21年至30年的回收价值可以达到7~10倍,而超临界CO2的周转率高,处理效率好,可以大幅节省运输和制造成本,因此二氧化碳超临界循环技术值得进一步研究和推广。
3、二氧化碳超临界循环技术的应用案例目前,二氧化碳超临界循环技术已经应用于多个领域:1)化工领域:利用超临界CO2提取、分离、纯化化学物质的方法成为近年的高效绿色工艺,广泛应用于化工制药、有机合成、生化制药等领域。
其中最典型的例子就是制造高纯度抗生素。
2)材料、环保领域:超临界CO2可以代替环境较差一氧化二锇成为液体金属合成的反应介质,也可以提纯金属,甚至将石油甾烷污染土进行处理,以去除甾烷污染物,达到清洗效果。
超临界二氧化碳布雷顿循环在核能领域的应
用
随着人口增加和经济发展,能源消耗越来越大,为了减少对环境的负面影响,建立清洁可再生能源是必须的。
核能由于其低排放、高效能等特点,被认为是一种清洁的、可持续的新能源。
但是,核能发电依然存在一定的问题,如安全性、废弃物处理等。
为了解决这些问题,需要寻找创新的解决方案。
超临界二氧化碳(sCO2)布雷顿循环是这个方向上的一种尝试。
sCO2 布雷顿循环是一种能够更好地利用核能的方案,它的基本原理是利用超临界二氧化碳作为工质,在高温高压的条件下形成一个循环,产生高温高压的蒸汽驱动涡轮,并通过发电机将能量转化为电能。
相较于传统的水蒸汽发电,sCO2 布雷顿循环有以下优点。
第一,sCO2 布雷顿循环的工质具有较高的热力学效率。
该循环的温度和压力比水蒸汽更高,使得该循环所能释放的能量更大,因此效率更高,使用的原料越少,产生的气体污染越少。
第二,sCO2 布雷顿循环可以减少工艺流程。
传统的核电发电站需要冷却剂进行冷却和液化,需要花费很大的成本。
sCO2 布雷顿循环省略了这个过程,可以大大降低成本。
第三,sCO2 布雷顿循环具有更好的涡轮尺寸匹配性。
由于该循环的工作温度高,涡轮的尺寸更小,旋转速度更快,可以更好地适应设备的性能和工作。
总的来说,sCO2 布雷顿循环能够更好地利用核能,相较于传统的水蒸汽发电,其效率更高,操作更简单,成本更低。
这种新能源发电方案可以减少对环境的污染和能源消耗,是一个值得推广应用的新技术。
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。
二氧化碳超临界布雷顿循环发电循环布雷顿循环是一种经典的热力循环,常用于传统火力发电站中的蒸汽循环系统。
但是,布雷顿循环在传统火力发电中有较低的发电效率,且会产生大量的二氧化碳排放,对环境造成不良影响。
为了解决这一问题,科学家们提出了二氧化碳超临界布雷顿循环发电技术。
二氧化碳超临界布雷顿循环发电是利用二氧化碳在超临界状态(高压、高温)下的独特性质,将其作为工质来替代传统蒸汽循环中的水蒸汽。
具体的循环流程如下:1. 压缩: 二氧化碳从环境中吸入循环系统,经过压缩机进行高压压缩,使其达到超临界状态。
2. 加热: 经过高压泵将高压的二氧化碳送入加热系统,通过燃烧燃料(如煤、天然气等)产生的热能将二氧化碳加热至高温高压状态。
3. 膨胀: 加热后的超临界二氧化碳进入膨胀机,通过二氧化碳的膨胀来驱动涡轮发电机产生电能。
4. 冷却: 膨胀后的二氧化碳进入冷却系统,通过散热器将其冷却至合适温度,以便重新进入压缩机进行循环。
与传统的蒸汽循环相比,二氧化碳超临界布雷顿循环发电具有以下优势:1. 高效率: 二氧化碳超临界态具有更高的热传导性能和扩散性能,从而可以提高循环系统的热效率和发电效率。
2. 低碳排放: 二氧化碳超临界布雷顿循环发电中,将二氧化碳作为工质,可实现零排放或低排放,对环境影响较小。
3. 较小体积: 二氧化碳在超临界状态时密度较大,相比于水蒸汽,需要较小的回路体积,节省了布局空间。
4. 兼容性: 二氧化碳超临界布雷顿循环发电可以与现有的火力发电站烟气净化系统结合,对现有设备进行改造升级,降低了技术实施难度。
因此,二氧化碳超临界布雷顿循环发电技术被认为是一种可持续发展的高效、低碳的发电技术,对于减少二氧化碳排放、应对气候变化具有重要意义。
但其仍需要进一步的研发和实践验证,以提高其商业化应用的可行性和经济性。
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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℃。
同时,CO2工作在临界点附近,是实际气体的Brayton循环,在回热器高压侧和低压侧流体的比热容变化均较大。
由于回热器高压侧流体的比热容大于低压侧流体比热容,因此,在传递相同热量的情况下,回热器低压侧需较大的温差才能使高压侧产生较小的温升,从而使得换热器可能出现夹点,令传热恶化,这也使得高压侧流体在反应堆堆芯或热源处需吸取更多的热量才能达到设计的循环最高温度,因而降低了CO2简单超临界Brayton循环的效率。
(2)改进的CO2Brayton循环为克服CO2作为实际气体进行Brayton循环的上述缺点,充分利用其在临界点附近密度较大、所需压缩功较小的优势,采用分流压缩循环。
如图1-2所示,采用两个回热器和两台压缩机。
透平出口气体流经高温回热器及低温回热器后分流,一部分流体进行预冷,经压缩机压缩后,进入低温回热器回热,如图中,6→1→2→2′;另一部分流体不经预冷,直接压缩,如图中6→2′,这部分流体压缩后与低温回热器出口流体混合进入高温回热器中回热,这两股流体具有相同的压力和温度。
图1-2 改进后的超临界CO2的Brayton循环2. 计算模型根据热力学定律进行循环计算。
CO2工作在临界点附近,其物性由压力P、温度T 共同决定。
定义循环压比ε、温比τ为:ε=P max/P min(2-1)τ=T max/T min(2-2) 其中:下标max、min分别表示循环中最高和最低。
压气机的压缩过程可表示为:S c,out=S c,in(2-3)h c,out=(h c,out,is-h c,in)/ηc+h c,in(2-4)类似地,透平的做功过程可表示为:S t,out=S t,in(2-5)h t,out =(h t,out,is -h t,in )/ηt +h t,in (2-6) 式中:s 为比熵;h 为比焓;下标c 、t 分别表示压气机和透平,in 、out 分别表示进口和出口,is 表示等熵过程;η为部件等熵效率。
设循环总压损率为ξ,其计算公式为:ξ=ξlrec,cold +ξhrec,cold +ξcore +ξhrec,hot +ξlrec,hot +ξprecooler (2-7) 其中,部件压损率为各部件压力损失与循环最高压力之比,下标lrec 、hrec 、core 、precooler 分别表示低温回热器、高温回热器、堆芯及预冷器,cold 、hot 表示回热器冷端和热端。
假设经过预冷器的流量份额为x (0≤x ≤1),低温回热器的回热度则为: max min 65max min 22lrec )()()(''t mc h h t mc h h x p p ∆-=∆-=α (2-8)高温回热器的回热度为:),(),(''''''2555525523t p h h h h t p h h h h hrec --=--=α (2-9)αhrec 与αlrec 的计算方法差异由分流而引起的。
其中,两个回热器高压侧的出口温度须分别满足条件T 2+δt ≤ T 6 ≤T 5' 及T 2'+δt ' ≤T 5' ≤T 5,δt 、δt ′是为避免回热器内出现夹点而使回热器两侧温差过小导致传热恶化而设置的工程上所允许的最小温差,通常取为8℃。
回热器中热量交换为:h 5 - h 6 =(1-x)(h 3-h 2')+x(h 3-h 2) (2-10) 计算完成各部件进出口工况,循环效率可表示为:34621254))(1()(h 'h h h h x h h x h -------=η (2-11)式(2-11)从做功的角度来计算循环效率,即系统对外界做功(透平做功减去压气机耗功)与系统从外界吸收热量之比。
效率还可表示为:)/()(13416h h h h x ---=η (2-12) 式(2-12)从能量损失的角度来计算循环效率。
可看出,对于采用分流的设计,Brayton 循环释放到环境中未得到利用的热量减少,同时在热源吸收的热量减少,因此,循环效率大幅提高。
分流措施可在CO 2超临界Brayton 循环中使用是由于CO 2物性受工作环境下的压力、温度影响较大。
在无分流回热时,11,,m m t c t c p h h p ∆=∆--,有下标h 表示回热器高压侧,l 表示低压侧。
其中,-h p C ,>-1,p C ,因此,Δt h <Δt h 。
这样,在冷端流体温差不大的情况下使得回热器热端流体间温差较大,而采用分流可减小CO 2超临界Brayton 循环中回热器热端流体间温差,从而提高进入堆芯换热的温度,单位工质只需吸收相对较少的热量,即可达到与无分流情况下相同的堆芯出口温度。
同时,分流时,压缩机工作在临界点附近,此时的流体密度较大,压缩机耗功相对较少。
因此,综上使得循环的效率得以提高。
但这样的分流设计在理想气体Brayton 循环中是不适用的。
因氦气等理想气体在不同压力、温度下的比热容变化不大,因此,回热器内部温差变化不大,特别是回热器热端进出口温差与冷端进出口温差几乎相同,在合理的工程设计下,这个温差不会很大。
若同样采用分流,回热器冷流体的温升提高空间有限,同时由于增加了1台压气机,从而增加了投资成本。
理想气体在远离临界点处压缩,压缩机耗功较多。
所以,分流式设计并不适用于理想气体Brayton 循环。
综上分析,分流式设计较适用于回热器高压侧定压比热容较大的非理想气体Brayton 循环。
由上述分析可知,CO 2超临界Brayton 循环的效率可简化成η=η(φ,ε,τ,η,ξ,k i ),其中,φ 为初始点的工况,ε为循环压比,τ为循环温比,η为压气机和透平的等熵效率,η=[ηt ,ηc1,ηc2],ξ为各部件压力损失,k i (k i 共有4个参数)为经过预冷器的流量份额x ,低温回热器低压侧出口温度与高压侧入口(即回热器冷端)温度之差Δt ,低温回热器回热度αlrec ,高温回热器回热度αhrec ,可从中任选其二。
只要确定了以上参数,并保证回热器不出现传热恶化的现象,即满足回热器任意点温差不低于工程所要求的最低温差,即可唯一确定CO 2超临界Brayton 循环的效率。
3. 二氧化碳超临界Brayton 循环特性下面分析循环计算的各参数对循环效率的影响。
同时,由于x 、Δt 、αlrec 、αhrec 4个参数只有其中两个是独立的,因此,只需确定压比、温比及上述任意2个参数即可确定循环效率。
本文为简化起见,始终选择k i中Δt为其中1个确定效率的变量,这样具有实际意义,同时简化了讨论。
因实际气体在Brayton循环中的物性受压力、温度的影响很大,因此,初始计算点参数的选取对循环的计算也有影响。
下文选取循环最低压力、温度点作为初始点,对循环进行特性分析。
初始点的工况选取为7.7MPa、32℃。
(1) x、Δt为变量对效率的影响图3-1表示出在不同循环最高温度情况下,选取x=0.7时的效率随压比的变化。
与理想气体Brayton循环相似,效率随压比的提高不断增加,但增加到一定值时开始下降(见t max=450℃);随循环温度的提高,最大循环效率对图3-1循环最高应的压比也在增大。
随压比的增大,透平做功和压缩机耗功均增加,压比较小时,透平做功增长率大于压气机耗功增长率,但透平做功增长率随压比增大逐渐减小而压缩机耗功增长率却逐渐增加,因此,循环存在最佳效率。
但随压比增大,低温回热器会出现夹点,换热温差变小使得传热恶化,此时即达到指定x 下循环的最大压比。
受此限制,在t max=550℃及650℃下还未达到理论的最佳压比-效率点。
循环最高温度对循环效率的影响极其显著,升高100℃使最大效率提高4%~5%,其中,当循环最高温度为650℃、x=0.7而其余参数如图3所示时的效率可高达50%。
图3-1 循环最高温度对循环效率的影响(x、Δt为变量)其余参数不变,在相同的循环最高温度下,循环最大压比随x的减小而减小(图3-2)。
这是由于xm p,hΔt h=mc p,lΔt l。
x的减小使回热到相同温差下所需热端流体的温差减小,在较低压比下即出现了回热器传热恶化。
但在相同条件下,x 的减小有利于效率的提高,见式(2-12)。
图3-2 x 对循环效率的影响(固定Δt)显然,随回热器低温端温差的减小,循环效率得到提高(图3-3)。
同时,温差也影响了循环在满足循环条件情况下所能达到的最大压比。
但产生最大压比的原因各有不同,Δt=10℃时归因于低温回热器传热恶化,而Δt=30℃、40℃时则归因于低温回热器回热所需的热侧流体进口温度已达到透平出口温度而不必采用高温回热器。