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基于Modelica的超临界二氧化碳布雷顿循环系统热力学特性模拟

张利琴 黄彦平 曾小康 宫厚军

张利琴, 黄彦平, 曾小康, 宫厚军. 基于Modelica的超临界二氧化碳布雷顿循环系统热力学特性模拟[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 124-131. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0124
引用本文: 张利琴, 黄彦平, 曾小康, 宫厚军. 基于Modelica的超临界二氧化碳布雷顿循环系统热力学特性模拟[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 124-131. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0124
Zhang Liqin, Huang Yanping, Zeng Xiaokang, Gong Houjun. Simulation of Thermodynamic Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Brayton Cycle System Based on Modelica[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 124-131. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0124
Citation: Zhang Liqin, Huang Yanping, Zeng Xiaokang, Gong Houjun. Simulation of Thermodynamic Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Brayton Cycle System Based on Modelica[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 124-131. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0124

基于Modelica的超临界二氧化碳布雷顿循环系统热力学特性模拟

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0124
详细信息
    作者简介:

    张利琴(1984—),女,副研究员,现主要从事超临界二氧化碳动力转换技术以及数字孪生相关研究,E-mail: liqinzhang001@163.com

    通讯作者:

    黄彦平,E-mail: hyanping007@163.com

  • 中图分类号: TL33

Simulation of Thermodynamic Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Brayton Cycle System Based on Modelica

  • 摘要: Modelica是一种大型复杂系统建模的开源式面向对象语言,由瑞典的非盈利组织Modelica协会开发。本文对Modelica语言用于超临界二氧化碳布雷顿循环系统热力学特性仿真进行了探索。基于压缩机、透平、回热器和冷却器等关键设备的机理关系式,开发了基于Modelica语言的超临界二氧化碳模型库,基于可视化界面拖拽式建模构建了单级回热循环系统仿真模型,基于Modelica语言构建的平台Mworks的求解器进行了稳态求解。通过与SCTRAN/CO2计算结果对比,验证了Modelica模型的可靠性和Modelica语言用于超临界二氧化碳布雷顿循环系统热力学特性仿真的可行性,分析了单级回热循环的瞬态特性。

     

  • 图  1  超临界二氧化碳系统流程图

    Figure  1.  Flow Diagram of SCO2 System

    图  2  压缩机流量比-压比曲线

    Figure  2.  Curve of Pressure Ratio Changing with Flowrate Ratio of the Compressor

    图  3  压缩机流量比-效率曲线

    Figure  3.  Curve of Efficiency Changing with Flowrate Ratio of the Compressor

    图  4  透平流量比-压比曲线

    Figure  4.  Curve of Pressure Ratio Changing with Flowrate Ratio of the Turbine

    图  5  透平流量比-效率曲线

    Figure  5.  Curve of Efficiency Changing with Flowrate Ratio of the Turbine

    图  6  超临界二氧化碳系统的Modelica模型

    Figure  6.  Modelica Simulation Model of SCO2 System

    图  7  超临界二氧化碳系统的 SCTRAN/CO2 模型

    Figure  7.  SCTRAN/CO2 Simulation Model of SCO2 System

    图  8  系统控制策略对比

    Figure  8.  Comparison of System Control Strategy

    表  1  工况参数表

    Table  1.   Parameters of Simulated Condition

    参数 数值
    压缩机入口压力/MPa 8.1
    压缩机入口温度/℃ 35
    热源出口温度/℃ 600
    热源功率/MW 10
    系统流量/(kg·s−1) 72.9
    压缩机转速/(r·min−1) 20000
    透平转速/(r·min−1) 20000
    下载: 导出CSV

    表  2  Modelica模型和SCTRAN/CO2模型计算结果对比表

    Table  2.   Comparison of Calculation Results between Modelica and SCTRAN/CO2

    设备 变量名称 SCTRAN/CO2 Modelica 相对
    偏差/%
    压缩机 入口压力/MPa 8.1130 8.1000 0.16
    入口温度/℃ 36.0745 35.0000 3.07
    出口压力/MPa 18.1199 18.1000 0.11
    出口温度/℃ 73.4624 70.4000 4.35
    流量/(kg·s−1) 76.6841 74.4000 3.07
    压比 2.2335 2.2346 0.06
    效率 0.7402 0.7400 0.03
    功率/MW 1.82 1.74 4.46
    转速/(r·min−1) 20000 20000 0
    热源 入口压力/MPa 18.1398 18.1000 0.22
    入口温度/℃ 414.1485 416.9000 0.66
    出口压力/MPa 17.9658 18.0000 0.19
    出口温度/℃ 582.3000 600.0000 2.95
    流量/(kg·s−1) 76.6841 74.4000 3.07
    透平 出口压力/MPa 8.4761 8.4600 0.19
    流量/(kg·s−1) 76.6841 74.4000 3.07
    出口温度/℃ 498.6429 513.8000 2.95
    压比 2.1272 2.1277 0.02
    效率 0.8095 0.8100 0.06
    功率/MW 7.13 7.20 1
    转速/(r·min−1) 20000 20000 0
    回热器热侧 出口压力/MPa 8.3166 8.3100 0.08
    出口流量/(kg·s−1) 76.6841 74.4000 3.07
    出口温度/℃ 80.7148 77.7000 3.88
    冷却器热侧 入口压力/MPa 0.60 0.60 0
    入口温度/℃ 31.00 31.00 0
    出口压力/MPa 0.57 0.57 0
    出口温度/℃ 40.42 39.00 3.64
    流量/(kg·s−1) 284 284 0
    系统参数 系统热功率/MW 15.95 16.75 4.77
    系统输出功率/MW 5.31 5.46 2.82
    系统热效率 0.34 0.33 2.79
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-20
  • 修回日期:  2023-11-16
  • 刊出日期:  2024-06-13

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