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双级回热再压缩S-CO2布雷顿循环建模与动态特性分析
| 论文题名： | 双级回热再压缩S-CO2布雷顿循环建模与动态特性分析 |
| 关键词： | 船舶布雷顿循环发电系统;余热利用;动态特性;建模技术 |
| 摘要： | 随着全球航运量增大，废气排放量逐渐增加，为了响应节能环保，国际海事组织（IMO）出台更加严格的船舶能效法规。利用船舶余热回收技术可以实现对船舶废气余热的回收，并提高能源转换效率。S-CO2再压缩布雷顿循环发电系统因其较高的循环热效率，以及能源转换效率，并且其系统结构紧凑，整体尺寸较小，在多种能源中适用，因此在船舶余热回收发电领域中的应用具有持续可发展的潜力。目前S-CO2再压缩布雷顿循环余热发电系统的研究，在系统级建模仿真和系统动态特性研究方面还存在不足。 本文开展了船用双级回热再压缩S-CO2布雷顿循环发电系统动态特性仿真研究，基于Matlab/Simulink平台建立了布雷顿循环发电系统关键设备的动态模型，最终搭建总体循环结构的动态模型开展仿真试验，分析循环设备的节点参数对整体循环的动态特性影响规律。主要工作如下： （1）利用Refprop工质物性计算软件，分析了CO2在临界附近的热物参数的性能特点，并依据热力学、转子动力学、传热学和流体力学推导出的能量守恒微分方程和动量守恒微分方程建立了S-CO2布雷顿循环系统关键设备的动态模型。推导Matlab/Simulink求解算法公式，运用求解算法变步长四阶龙格库塔算法对动态模型进行求解。 （2）将布雷顿循环系统的关键设备压缩机、透平和换热器动态模型的仿真结果和实验数据进行对比，验证结果误差小于5%满足工程应用需求，分析了压缩机和透平的进口温度和进口压力斜坡变化时，压缩机和透平动态响应特性，以及换热器进口温度和进口流量斜坡变化对换热器的影响。 （3）根据双级回热再压缩S-CO2布雷顿循环发电系统结构以及能量流动方式，将关键设备的动态模型的按接口耦合关系连接起来，搭建整体循环动态模型。针对主压缩机、再压缩机和透平的进口温度、进口压力，以及热源进口流量和进口温度对循环系统进行仿真试验，分析关键设备进口参数的变化对循环系统的核心设备进出口参数、循环系统设备功率和循环热效率的影响。 |
| 作者： | 刘小华 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 孙玉伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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