CO2-SF6混合工质布雷顿循环特性初步分析

• 作者: 席大鹏 刘旻昀 刘秀婷 费俊杰 臧金光 黄彦平
• 来源期刊: 原子能科学技术
• 关键词: 超临界二氧化碳 混合工质 物性计算 循环效率
• 年，卷（期）: 2023,（9）
• 所属期刊栏目: 超临界二氧化碳核能动力技术专栏
• 页码范围: 32-39
• 页数: 8页
• 语种: 中文

摘要

超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环是近年来备受学界与工业界关注的高效能量转换系统，具有系统简单紧凑、噪声小、效率高等优点。然而，目前的S-CO2布雷顿循环研究通常考虑的是环境温度为20℃的应用场景，循环最低温度通常为32℃,而未对深海、极地等低温冷源场景做适应性的分析优化。CO2-SF6混合工质有着较纯CO2工质更低的临界参数，有望在低温冷源场景下进一步降低压缩功、提升透平压比，进而提高循环效率。本文选取PR方程与范德瓦尔斯混合规则，使用Nishiumi相互作用系数模型计算了相互作用系数，以及CO2-SF6混合物的热物性，计算值与实验结果吻合良好。基于混合工质物性计算模型，对最高压力12 MPa、循环最低温度15～55℃、最低压力略高于临界压力的简单回热循环进行了分析。结果表明，用CO2-SF6混合工质代替纯CO2工质可有效提升透平压比，进而提升循环效率，同时降低临界温度及最优压缩机入口温度。并且使用CO2-SF6混合工质可有效改善压缩机入口温度低于拟临界温度时循环效率下降的问题，提高循环在低温冷源下的稳定性。初步分析结果显示，使用CO2-SF6混合工质替代纯CO2工质可有效提升循环在低温冷源环境下的表现，这也表明混合工质方案是拓展S-CO2布雷顿循环适用温度范围的有效解决方案之一。