核动力船舰超临界二氧化碳循环系统建模与性能分析

发布时间：2024-05-25 13:12

　　为探究以超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)布雷顿循环耦合核反应堆所构成的新型船舰动力装置的系统性能,选取4种高效紧凑的S-CO₂循环(再压缩、内冷、部分冷却及再热)耦合4种典型船用核反应堆(铅冷快堆、高温气冷快堆、钠冷快堆及压水堆),构建了16种核动力船舰S-CO₂循环动力系统及其热力学模型,研究分流比、透平入口压力、压缩机入口压力和循环最低温度对循环效率的影响.结果表明:存在最佳分流比及压缩机入口压力使循环效率达到最高;各系统循环效率随透平入口压力的提高,呈先迅速增长后趋于稳定趋势;S-CO₂再热循环应用于上述4种典型船用核反应堆二回路系统时效率最高,分别为46.6%、50.8%、 44.5%及32.5%;根据高温气冷快堆S-CO₂再热循环系统热力性能最佳,提出了其整体系统布置方案.

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【部分图文】：

图2系统模型验证对比图

表3循环工况详细参数参数文献[20]文献[21]文献[22]文献[23]压缩机等熵效率/%85898585透平等熵效率/%90909390回热器效率/%86958686循环最高压力/MPa20202020主压缩机入口压力/M....

图4铅冷快堆S-CO2循环系统效率随透平入口压力的变化

图4为铅冷快堆结合不同结构S-CO2布雷顿循环整体系统中,循环效率随透平入口压力(再热循环指高压透平入口压力)的变化曲线.由图可知,S-CO2再压缩、内冷及再热循环热效率变化规律一致,均随透平入口压力的提高(15～25MPa)而呈现出先迅速增加后增长速率变缓,最终趋于稳定的趋势....

图5铅冷快堆S-CO2循环效率随主压缩机入口压力的变化

主压缩机入口压力也是各系统循环效率的主要影响因素之一.为使循环处于超临界状态并预留压缩机安全余量,主压缩机入口压力通常需高于7.6MPa[25].图5为主压缩机入口压力对铅冷快堆各S-CO2循环动力系统热效率的影响规律.随主压缩机入口压力的提高(7.4～7.7MPa),透平总....

图6部分冷却循环系统效率随预压缩机入口压力的变化

不同于本文其他3种S-CO2布雷顿循环,部分冷却循环系统最低压力(预压缩机入口处)低于临界压力(7.38MPa),工质经预压缩后达到超临界状态.合理调控预压缩机压比,使其与主压缩机良好配合以降低压缩机总功耗是提高循环效率的重要途径.图6给出了4种船用核反应堆耦合部分冷却循环系统....

本文编号：3982159