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A Review on Technologies for the Use of CO2 as a Working Fluid in Refrigeration and Power Cycles
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作者 Orelien T. Boupda Hyacinthe D. Tessemo +3 位作者 Isidore B. Nkounda Fongang Francklin G. Nyami Frederic Lontsi Thomas Djiako 《Energy and Power Engineering》 2024年第6期217-256,共40页
The use of carbon dioxide as a working fluid has been the subject of extensive studies in recent years, particularly in the field of refrigeration where it is at the heart of research to replace CFC and HCFC. Its ther... The use of carbon dioxide as a working fluid has been the subject of extensive studies in recent years, particularly in the field of refrigeration where it is at the heart of research to replace CFC and HCFC. Its thermodynamic properties make it a fluid of choice in the efficient use of energy at low and medium temperatures in engine cycles. However, the performance of transcritical CO2 cycles weakens under high temperature and pressure conditions, especially in refrigeration systems;On the other hand, this disadvantage becomes rather interesting in engine cycles where CO2 can be used as an alternative to the organic working fluid in small and medium-sized electrical systems for low quality or waste heat sources. In order to improve the performance of systems operating with CO2 in the field of refrigeration and electricity production, research has made it possible to develop several concepts, of which this article deals with a review of the state of the art, followed by analyzes in-depth and critical of the various developments to the most recent modifications in these fields. Detailed discussions on the performance and technical characteristics of the different evolutions are also highlighted as well as the factors affecting the overall performance of the systems studied. Finally, perspectives on the future development of the use of CO2 in these different cycles are presented. 展开更多
关键词 Refrigeration cycle power cycle System Performance transcritical CO2 cycles Working Fluid
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CO_2跨临界动力循环性能理论及实验研究 被引量:5
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作者 潘利生 魏小林 李博 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期478-481,共4页
非常规工质动力循环具有高效回收低品位热能的显著优势,CO_2环境友好,是较为理想的利用低品位热能的动力循环工质。采用理论和实验方法研究了CO_2跨临界动力循环的理论循环性能和膨胀机性能。研究结果表明,无回热时导热油出口温度随加... 非常规工质动力循环具有高效回收低品位热能的显著优势,CO_2环境友好,是较为理想的利用低品位热能的动力循环工质。采用理论和实验方法研究了CO_2跨临界动力循环的理论循环性能和膨胀机性能。研究结果表明,无回热时导热油出口温度随加热压力的升高而升高,并且不随膨胀机进口温度的变化而变化;有回热时导热油出口温度受回热器换热的影响存在极大值。随着超临界加热压力的升高,循环热效率和净输出功率存在极大值;回热能够显著提高循环热效率和净输出功率。初步实验结果表明内部泄露对CO_2滚动转子膨胀机性能具有重要影响,为提升膨胀机性能需尽量降低膨胀机内部泄露。 展开更多
关键词 CO2 跨临界动力循环 回热器 滚动转子膨胀机
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一种新型CO_2跨临界动力循环理论研究 被引量:4
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作者 潘利生 魏小林 史维秀 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1182-1185,共4页
CO_2环境性质优秀,是较为理想的动力循环工质。针对常规CO_2跨临界动力循环冷凝器中工质难以被常规冷却水冷凝的问题,提出一种新型CO_2跨临界动力循环,并采用理论分析方法,研究了此循环的循环性能。结果表明,系统内部正循环质量流量保... CO_2环境性质优秀,是较为理想的动力循环工质。针对常规CO_2跨临界动力循环冷凝器中工质难以被常规冷却水冷凝的问题,提出一种新型CO_2跨临界动力循环,并采用理论分析方法,研究了此循环的循环性能。结果表明,系统内部正循环质量流量保持不变,系统内部逆循环质量流量随冷却终温的升高而升高;循环净输出功率和循环热效率随冷却终温的升高而缓慢降低,随冷却压力的升高而降低;当冷却压力为7.5 MPa,冷却终温为30.5℃时,净输出功率为258.8kW,循环热效率为0.067。 展开更多
关键词 CO2 跨临界动力循环 循环性能
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基于有机工质及CO_(2)的跨临界动力循环研究进展 被引量:2
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作者 陈崇辉 欧少端 +3 位作者 苏文 李晓雅 蔺新星 周乃君 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第12期125-142,共18页
跨临界动力循环是一种将热能转化为机械能的热力系统,因其在中低温热能转换中循环效率高、经济性好等优势受众多学者关注。现有文献多针对跨临界动力循环的特定应用展开综述,鲜有关于循环结构、仿真模型及循环工质的一般性论述。以跨临... 跨临界动力循环是一种将热能转化为机械能的热力系统,因其在中低温热能转换中循环效率高、经济性好等优势受众多学者关注。现有文献多针对跨临界动力循环的特定应用展开综述,鲜有关于循环结构、仿真模型及循环工质的一般性论述。以跨临界动力循环为主线,首先回顾已有的跨临界动力循环结构,介绍循环的热力学模型(稳态模型、动态模型)及经济性模型(系统成本模型、㶲经济模型),然后根据不同的循环工质(有机工质、CO_(2)和CO_(2)混合工质)重点阐述国内外跨临界动力循环的理论研究进展,最后简述近年来跨临界动力循环的试验研究现状。循环形式的构建将朝着与人工智能结合的方向发展,CO_(2)混合工质或将成为研究热点,同时亟需加大循环部件的研发及系统试验研究。 展开更多
关键词 跨临界动力循环 有机工质 二氧化碳 混合工质
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Combustion Characteristic and Mechanism of a Mixture Working Fluid C_(3)H_(8)/CO_(2)
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作者 SHI Weixiu PAN Lisheng +4 位作者 JIN Suyi DONG Yuehua LI Teng ZHAO Jing WEI Xiaolin 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期1768-1779,共12页
In the CO_(2)transcritical power cycle,conventional cooling water can hardly condense subcritical CO_(2)because its critical temperature is as low as 30.98°C.In order to avoid this condensing problem,CO_(2)-based... In the CO_(2)transcritical power cycle,conventional cooling water can hardly condense subcritical CO_(2)because its critical temperature is as low as 30.98°C.In order to avoid this condensing problem,CO_(2)-based mixtures have been proposed as working fluids for transcritical power cycle.They can raise the critical temperature by mixing a little C_(3)H_(8)as the secondary component to CO_(2).However,the flammability of the mixture may limit its application.This article investigated laminar flame speed of C_(3)H_(8)/CO_(2)which represents the mixture’s combustion characteristic by a so-called heat flux method and studied the inhibition mechanism of CO_(2)on the combustion based on the Premixed Laminar Flame-Speed Calculation reactor of Chemkin-Pro.The experimental results showed that the laminar flame speed shows a peak value with changing the equivalence ratio and accelerates with raising the mole fraction of the organic gas.Additionally,a slight upwards trend was observed for the corresponding equivalence ratio of the peaks.The flammable range for the equivalence ratio extended with the mole fraction of C_(3)H_(8)increasing.With the mole fraction of C_(3)H_(8)of 0.15,the maximum laminar flame speed was 12.8 cm/s,31.7%of that of the pure C_(3)H_(8).The flammable range was from 0.41 to 1.33,decreasing by 23.3%compared with that of C_(3)H_(8).A flammable critical mixing ratio was also found as 0.08/0.92 for C_(3)H_(8)/CO_(2)at the normal condition.By simulating,it was found that the most key free radical and elementary reaction which determine the inhibition of CO_(2)on the combustion are OH and H+O_(2)=O+OH,respectively. 展开更多
关键词 CO_(2)-based mixture FLAMMABILITY laminar flame speed flammable critical mixing ratio transcritical power cycle
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Heat Recuperation for the Self-Condensing CO_(2)Transcritical Power Cycle
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作者 PAN Lisheng SHI Weixiu +2 位作者 SUN Yin SUN Yiwei WEI Xiaolin 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期1630-1641,共12页
The supercritical CO_(2)Brayton cycle has potential to be used in electricity generation occasions with its advantages of high efficiency and compact structure.Focusing on a so-called self-condensing CO_(2)transcritic... The supercritical CO_(2)Brayton cycle has potential to be used in electricity generation occasions with its advantages of high efficiency and compact structure.Focusing on a so-called self-condensing CO_(2)transcritical power cycle,a model was established and four different layouts of heat recuperation process were analyzed,a without-recuperation cycle,a post-recuperation cycle,a pre-recuperation cycle and a re-recuperation cycle.The results showed that the internal normal cycle's share of the whole cycle increases with increasing the cooling pressure and decreasing the final cooled temperature.Heat load in the supercritical heater decreases with increasing the cooling pressure.From perspective of performance,the re-recuperation cycle and the pre-recuperation cycle have similar thermal efficiency which is much higher than other two layouts.Both thermal efficiency and net power output have a maximum value with the cooling pressure,except in the condition with the final cooled temperature of 31℃.Considering both the complexity and the economy,the pre-recuperation cycle is more applicable than the other options.Under 35℃of the final cooled temperature,the thermal efficiency of the pre-recuperation cycle reaches the peak 0.34 with the cooling pressure of 8.4 MPa and the maximum net power output is 2355.24 kW at 8.2 MPa of the cooling pressure. 展开更多
关键词 CO_(2)transcritical power cycle heat recuperation process self-condensing
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内燃机余热利用分流二氧化碳动力循环热匹配研究 被引量:4
7
作者 李力耕 田华 +3 位作者 舒歌群 石凌峰 张洪飞 王竞宇 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1667-1675,共9页
二氧化碳动力循环在高效利用内燃机多股余热方面具有很大潜力,基于换热器分流的设计能够显著改善内燃机排气的利用情况。但是,当前研究仍缺少完善的热匹配性及参数分析,来综合权衡基于换热器的分流设计思路带来的热力学性能改变。因此,... 二氧化碳动力循环在高效利用内燃机多股余热方面具有很大潜力,基于换热器分流的设计能够显著改善内燃机排气的利用情况。但是,当前研究仍缺少完善的热匹配性及参数分析,来综合权衡基于换热器的分流设计思路带来的热力学性能改变。因此,本文以热源理想匹配过程定义等效比定压热容物性作为出发点,阐述分流设计对于温度匹配机制的影响。结果发现了理想比热具有独特的双峰特性,而分流设计能够有效匹配双峰特性,显著改善外部热源利用率和内部热匹配性,继而提高系统净输出功。 展开更多
关键词 跨临界二氧化碳动力循环 内燃机 分流 热匹配
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CO2混合工质动力循环系统的动态特性对比 被引量:3
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作者 王瑞 王轩 +3 位作者 蔡金文 王明涛 田华 舒歌群 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2651-2657,共7页
利用余热回收技术回收重载柴油机缸套水及排气余热是提高能源利用率的有效手段之一。搭建了三种形式的CO2混合工质动力循环系统,并用实验数据进行标定及验证。并针对内燃机多变工况的特点,对比了三种不同系统在不同外部条件阶跃下的动... 利用余热回收技术回收重载柴油机缸套水及排气余热是提高能源利用率的有效手段之一。搭建了三种形式的CO2混合工质动力循环系统,并用实验数据进行标定及验证。并针对内燃机多变工况的特点,对比了三种不同系统在不同外部条件阶跃下的动态响应特性。结果表明,预回热系统能显著提高系统的输出功。随着系统部件的增多,系统响应速度逐渐变缓。研究结果为CO2混合工质动力循环系统的实际运行提供理论指导。 展开更多
关键词 余热回收 CO2混合工质动力循环 动态特性 响应速度
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内燃机余热回收分流式二氧化碳动力循环系统经济性分析 被引量:2
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作者 孔祥花 田华 +3 位作者 石凌峰 李力耕 王竞宇 舒歌群 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期30-38,共9页
相较于不分流余热回收系统,含有分流设计的CO_(2)跨临界动力循环内燃机余热回收系统可以有效避免各换热器之间的温度干涉,提高烟气余热利用率和回热器效率,进一步提高余热回收系统的做功能力,但更加复杂的系统不可避免地增加了系统各项... 相较于不分流余热回收系统,含有分流设计的CO_(2)跨临界动力循环内燃机余热回收系统可以有效避免各换热器之间的温度干涉,提高烟气余热利用率和回热器效率,进一步提高余热回收系统的做功能力,但更加复杂的系统不可避免地增加了系统各项成本。对此,基于MATLAB平台,建立了该系统的经济性模型,采用单位发电量成本CUEC、换热器面积功率比rAPR和环境回收期tEPP作为评价参数,综合考虑净功率、系统小型化潜力和环境经济性来评估分流系统的经济性潜力。结果表明:分流系统在膨胀机入口温度约505 K、入口压力约13.5 MPa的较大工况范围内CUEC指标存在优势;在膨胀机入口温度高于473 K时,分流系统的rAPR存在明显优势,相较不分流系统最高改善11.6%;tEPP指标在所有工况下均优于不分流系统;当膨胀机入口温度高于480 K时,分流系统在经济性上具有更大优势。最后,针对未来研究方向,给出了对经济性参数进行多目标优化、开展余热回收系统与内燃机耦合的相关研究等建议。 展开更多
关键词 内燃机 余热回收 CO_(2)跨临界动力循环 经济性分析 分流
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针对地热能的重力驱动CO_2跨临界动力循环研究 被引量:1
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作者 潘利生 史维秀 魏小林 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2068-2073,共6页
地热能是重要的可再生能源,位于地下深处的分布形式符合重力驱动CO_2跨临界动力循环应用特点,并且可以耦合CO_2地下封存。以地热能为热源,对重力驱动CO_2跨临界动力循环开展研究。研究结果表明,循环系统位差随循环加热压力的升高而升高... 地热能是重要的可再生能源,位于地下深处的分布形式符合重力驱动CO_2跨临界动力循环应用特点,并且可以耦合CO_2地下封存。以地热能为热源,对重力驱动CO_2跨临界动力循环开展研究。研究结果表明,循环系统位差随循环加热压力的升高而升高;循环热效率和净输出功率与循环加热压力成正相关关系;由于单位质量CO_2吸热能力的降低,工质质量流量随循环加热压力的升高而升高;冷却水质量流量和工质质量流量变化规律相似;当加热压力为16 MPa,热源温度为400℃时,循环热效率为12.27%,净输出功率为178.46 kW。 展开更多
关键词 地热能 CO2跨临界动力循环 重力驱动
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中高温烟气余热动力回收的复叠跨临界CO2动力循环热力学分析
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作者 李成宇 高振强 +2 位作者 高明云 高升堂 王有镗 《洁净煤技术》 CAS 2020年第5期70-76,共7页
工业窑炉存在大量的中高温烟气余热,现有的动力循环或工质存在难以有效回收大温降烟气余热的问题。提出以CO 2为工质的复叠跨临界动力循环,以单位质量烟气的循环净功率最大为优化目标,在400和500℃的烟气热源条件下,研究循环参数对循环... 工业窑炉存在大量的中高温烟气余热,现有的动力循环或工质存在难以有效回收大温降烟气余热的问题。提出以CO 2为工质的复叠跨临界动力循环,以单位质量烟气的循环净功率最大为优化目标,在400和500℃的烟气热源条件下,研究循环参数对循环性能的影响规律。重点分析了工质分流质量比、吸热压力对回热过程换热匹配特性以及循环性能的影响,并对简单循环、回热循环和复叠循环进行了优化对比。结果表明,复叠循环中,上下级循环的回热匹配是影响循环性能的重要因素,通过调节工质泵出口的工质分流比x以改善回热匹配性,烟气初温400和500℃下,最优的工质分流比0.6和0.7。吸热压力的增加有利于循环净输出功率的增加,烟气初温500℃下,吸热压力由20 MPa增至35 MPa时,净功率由117.4 kW增至143.8 kW,增幅为22.49%;对各部件而言,提高吸热压力可增加高、低温透平输出功率,但对回热功率的作用相反;20~35 MPa内随吸热压力的升高,低温透平输出功率占比由31.4%降至27.3%,吸热压力对高温透平的性能影响更明显。对比3种跨临界CO 2循环,简单循环的热效率和净功率均最低,回热循环具有最高的热效率,复叠循环输出最高的净功率。烟气初温400℃下,复叠循环的净功率比简单循环和回热循环分别高22.2%和6.1%;烟气初温500℃下,分别高35.7%和12.5%。 展开更多
关键词 中高温烟气 余热回收 CO 2 复叠跨临界循环 参数优化 热力学性能
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