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布雷顿循环系统隐式求解二氧化碳偏导物性推导与评价研究

文爽 文青龙 胡文军 徐世佳

文爽, 文青龙, 胡文军, 徐世佳. 布雷顿循环系统隐式求解二氧化碳偏导物性推导与评价研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(4): 65-71. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0065
引用本文: 文爽, 文青龙, 胡文军, 徐世佳. 布雷顿循环系统隐式求解二氧化碳偏导物性推导与评价研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(4): 65-71. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0065
Wen Shuang, Wen Qinglong, Hu Wenjun, Xu Shijia. Derivation and Evaluation of Carbon Dioxide Partial Derivative Property by Implicit Solution of Brayton Cycle System[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(4): 65-71. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0065
Citation: Wen Shuang, Wen Qinglong, Hu Wenjun, Xu Shijia. Derivation and Evaluation of Carbon Dioxide Partial Derivative Property by Implicit Solution of Brayton Cycle System[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(4): 65-71. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0065

布雷顿循环系统隐式求解二氧化碳偏导物性推导与评价研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0065
详细信息
    作者简介:

    文 爽(1999—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆热工水力研究,E-mail: 20173232@cqu.edu.cn

    通讯作者:

    文青龙,E-mail: qlwen@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TL333

Derivation and Evaluation of Carbon Dioxide Partial Derivative Property by Implicit Solution of Brayton Cycle System

  • 摘要: 为提高超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环方程的求解精度,需采用全隐式或半隐式差分格式对流体守恒方程进行离散求解,而偏导物性对于隐式求解不可或缺。本研究将评价目前最典型的二氧化碳气体状态方程在全参数范围内的准确性,在此基础上通过Maxwell方程推导二氧化碳气体的偏导物性关联式,并采用定义值评价其闭合性。研究结果表明:①SW方程在亚临界与超临界区域内准确度最高,误差保持在3%以内;②在SW方程以及Maxwell方程的基础上推导了温度为216~1100 K、压力为0~800 MPa时,二氧化碳气体偏导物性(∂h/∂ρ)p、(∂h/∂p)ρ的关联式;③(∂h/∂ρ)p、(∂h/∂p)ρ绝大多数数据点的误差都保持在±0.01%以内,在临界点附近误差稍有增大,(∂h/∂ρ)p的最大误差为0.373%,(∂h/∂p)ρ的最大误差为−0.798%。

     

  • 图  1  状态方程曲线图

    Figure  1.  Curve Diagram of Equations of State

    图  2  不同状态方程的误差对比

    Figure  2.  Error Comparison of Different State Equations

    图  3  焓在定压条件下对密度的偏导数曲线

    Figure  3.  Partial Derivative Curve of Enthalpy Versus Density at Constant Pressure

    图  4  焓在定密度条件下对压力的偏导数曲线

    Figure  4.  Partial Derivative Curve of Enthalpy Versus Pressure under Constant Density

    图  5  二氧化碳(∂h/∂ρ)p在216~1100 K和0~800 MPa的误差      

    Figure  5.  Error of (∂h/∂ρ)p of Carbon Dioxide at 216~1100 K and 0~800 MPa

    图  6  二氧化碳(∂h/∂p)ρ在216~1100 K和0~800 MPa的误差      

    Figure  6.  Error of (∂h/∂p)ρ of Carbon Dioxide at 216~1100 K and 0~800 MPa

    表  1  不同类型二氧化碳气体状态方程

    Table  1.   Different Types of Carbon Dioxide Gas Equations of State

    代表方程关联式
    RKS[4]$p = \dfrac{ { {R}T} }{ {v - b} } - \dfrac{ {a(T)} }{ {v(v + b)} }$
    PR[5]$p = \dfrac{ { {R }T} }{ {v - b} } - \dfrac{ {a(T)} }{ {v(v + b) + b(v - b)} }$
    LKP[6]$\dfrac{ { {p_r}{v_r} } }{ { {T_r} } } = 1 + \dfrac{B}{ { {v_r} } } + \dfrac{C}{ { {v_r^2} } } + \dfrac{D}{ { {v_r^5}} }{\text{ + } }\dfrac{ { {c_4} } }{ { {T_r^3}{v_r^2} } }\left(\beta + \dfrac{\gamma }{ { {v_r^2} } }\right)\exp \left( - \dfrac{\gamma }{ { {v_r^2} } }\right)$
    SW[7]$p = \rho {R}T(1 + \delta {\phi ^r_\delta} )$
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    表  2  二氧化碳实验数据

    Table  2.   Experimental Data of Carbon Dioxide

    作者不确定性范围/%温度范围/K压力范围/MPa
    R.Span , W.Wagner[7]0.03~0.05186~11000.05~800
    P.Nowak[8]0.018~0.033138.41~12.05
    J.Klimeck[9]0.012~0.15300~4700.5~30.6
    杨思远[10]0.76~1.01299.92~333.036.7~12
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-06
  • 修回日期:  2023-01-10
  • 刊出日期:  2023-08-15

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