Cliclo de Brayton

  abstracto

La optimización termodinámica de diferentes inversa Brayton Refrigeración (RBR) ciclo

configuraciones se presentan en este estudio. Estas configuraciones de ciclo incluyen: Convencional

Ciclo de compresión de 1 etapa; Ciclo de compresión de 2 etapas convencional; Compresión de 1 etapa

Ciclo Modificado con enfriamiento intermedio del recuperador usando un enfriador auxiliar; y

un ciclo de RBR expansión de 2 etapas Integrado. Para aplicaciones de alta relación de presión, multi-etapa

se consideran compresores con refrigeración intermedia. Soluciones analíticas para el convencional

ciclos se desarrollan incluyendo irreversibilidades flujo térmicas y de fluidos de los recuperadores

y todos los intercambiadores de calor, además de los procesos de compresión y de expansión. Exergía

análisis se realiza y la destrucción de exergía de diferentes componentes de los ciclos RBR

para diferentes configuraciones se presenta y los efectos de los parámetros importantes del sistema en

rendimiento son investigados. Optimización termodinámica de los ciclos con intermedio

enfriamiento del recuperador está incluido. Efectos de la eficiencia de segunda ley / exergía del

enfriador auxiliar en las eficiencias totales del sistema se presentan.

Optimización thermodynamique des ciclos de Brayton

inverse's de plusieurs configuraciones pour les aplicaciones

cryoge'niques

Ciclos RBR ofrecen varias ventajas sobre el ciclo alternativo

configuraciones para la aplicación criogénico, incluyendo simplicidad,

un control de vibraciones debido a pocas partes móviles y a través

compresores especializados y expansores, y el potencial a

recuperar en parte la potencia en el eje gastado por el turboexpansor gas

para aumentar la eficiencia del ciclo. Sistemas de refrigeración RBR

para aplicaciones espaciales son generalmente de baja potencia, puesto a través de-

y ciclos de compresión que se basan en el enfriamiento de descarga de carga

al espacio a través de radiadores. Aplicaciones terrestres potenciales

para RBR ciclos incluyen licuefacción de gas natural (GNL) para off-

nd on-shore operaciones, la superconductividad de alta temperatura

(HTS), procedimientos médicos, procesamiento químico y

licuefacción de hidrógeno para combustibles para vehículos y tecnologías de pila de combustible.

Aplicaciones criogénicas terrestres requieren mayor sistema

capacidades, permiten el uso de presiones de operación del sistema más altos,

mayores relaciones de compresión y la compresión multi-etapa a

mejorar el rendimiento y la eficiencia del sistema, y ​​tener acceso

a varias opciones ambientales para la descarga del calor de

la compresión y la potencia de la carga de refrigeración.

Artículos recientes describen el teórico, de laboratorio y

investigaciones prácticas completado y actualmente en curso

asociada a los sistemas RBR. El énfasis principal de éstos

ciclos se ha centrado en aplicaciones a pequeña escala para el espacio

(Kirkconnell et al, 2006;. Nieuwkoop et al, 2009;.. Swift et al,

2002; Swift et al., 2003; Zagarola et al., 2003; Zagarola y

McCormick, 2006), HTS (Gromoll, 2004; Hou et al, 2006;. Parque

et al., 2005; Radebaugh, 2004; Hirai et al, 2009;. Yoshida

, (et al., 2010) y GNL Skjeggedal et al., 2010) aplicaciones.

Se han propuesto variantes en el ciclo RBR convencional

utilizando dos recuperadores / split, refrigeración intermedia y dos

expansores integrados para aplicaciones espaciales y HTS (Swift

et al., 2002; Zagarola et al., 2003; Yoshida et al., 2010).

. modi-

configuraciones de ciclo RBR ficado utilizando un enfriador auxiliar o

pre-enfriador entre dos / recuperadores de división comprenden un

"Cascada" sistema -como también se han descrito (Hou et al.,

2006; Hirai et al, 2009;. Nieczkoski, 2003; Nieczkoski y

Möhling, 2004).

El propósito de este trabajo es matemáticamente modelo y

evaluar termodinámica (segunda ley) y el rendimiento exergético

de configuraciones de ciclo del examen exhaustivo para aplicaciones de enfriamiento criogénico.

Están bien establecidos y los análisis exergético segunda ley

métodos para evaluar el desempeño de los sistemas de refrigeración

(Bejan et al., 1996). Eficiencia reciente exergía / optimización

análisis de los ciclos de RBR gas ideal se han presentado

previamente por Chen y Su (2005), Tu, et al. (2006a), y Tu

et al. (2006b). Compresión no isentrópico y expansión

normalmente fueron los únicos parámetros del ciclo no ideales considerados

en estos análisis. Modelado ciclo RBR dentro de este estudio

incorporar ineficiencias 'mundo real' que contribuyen a

reducida segunda ley y el rendimiento exergético, incluyendo el

eficacia del intercooler, refrigerador posterior, enfriador auxiliar,

recuperador (s) y los intercambiadores de calor caja fría, y la presión

pérdidas del fluido de trabajo a través de los equipos de ciclo. dos etapas

de compresión con refrigeración intermedia y la recuperación parcial de

la potencia en el eje de gas inducida turbo expansor también han sido

considerados como mecanismos para mejorar el ciclo segunda ley y

eficiencia exergético 2. Soluciones Analíticas

Los ciclos de RBR y asociado temperatura generalizada e

entropía (TS) diagramas investigados en este estudio se muestran en la

Figs. 1E4. El ciclo de compresión RBR 1 etapa convencional

configuración representada en la Fig. 1 (a) es relativamente simple, confiando

en un intercambiador de calor recuperador de contra-flujo equilibrado. la

rendimiento termodinámico y exergético de la convencional

Ciclo de RBR se puede mejorar por la misma disposición fría

caja de enfriamiento de energía mediante la sustitución del compresor de una sola etapa

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