熱力循環的案例
制冷知識大科普：制冷循環“CT圖”，很形象很骨感！
制冷系統中，熱力循環的理想狀態是什么樣的？實際過程又是什么樣的？熱力循環的過冷和過熱分別是什么機理？熱力循環回熱過程又該怎么理解？
理想狀態下的熱力循環
實際狀態下的熱力循環
熱力循環——過冷
1、液體過冷
2、制冷系數增加
熱力循環——過熱
1、蒸汽過熱
1、制冷系數變化情況
熱力循環——回熱
如果要使回熱循環的單位容積制冷量及制冷系數比無回熱循環高，其條件應是：
熱力循環——冷凝溫度的變化
1、冷凝溫度
蒸發溫度不變，冷凝溫度增大：
（1）單位制冷量減少
（2）單位壓縮功增大
（3）循環制冷劑的流量：不變？一般減少
（4）制冷機的制冷量減少，理論耗功增加
（5）單位容積制冷量降低
結論：對于同一臺制冷機的制冷量減少，耗功增大，COP降低。如果冷凝溫度降低，則變化情況相反；
2、蒸發溫度
冷凝溫度不變，蒸發溫度降低：
（1）單位制冷量減少
（2）單位壓縮功增大
（3）循環制冷劑的流量：減少
（4）制冷機的制冷量減少，
（5）制冷機的理論耗功不定：但制冷機的COP肯定降低
熱力循環——工況變化
兩級壓縮一級節流中間完全冷卻
兩效溴化鋰－串聯
展開 《Scripta Mater》：熱力循環對增材制造鈦合金界面穩定性的影響！
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114134
研究發現Ti6Al4V合金在400℃和650℃之間經歷熱力變化后逐漸軟化，塑性壓縮應變極限為1%。α和β相之間的動態應變分配伴隨著(a→β)相變。在熱力變化循環中觀察到的β相變化相當出乎意料(約5%)，因為熱力學平衡預測在該溫度范圍內相變可忽略不計。在加工狀態下，測得的β相中的V含量約為30%，而在α相中，測得的V含量約為2.27%。同樣，測得的α相中鋁含量約為8%，在β相中約為2%，對45和75次循環樣品進行了相同的分析，測得β相中的V含量分別為18%和17%。在兩個階段中鋁含量的變化可以忽略不計。與未進行循環樣品相比，大量的V在熱力變化(45和75循環)過程中重新分配。
展開 非設計工況下超臨界二氧化碳燃氣輪機底循環的軸配置分析比較
本次研究使用到以下軟件工具：
AxCYCLE? 用于執行循環熱力學計算；在設計點對壓縮機和透平進行初始設計時，AxSTREAM? 中的解決方案生成器有助于在給定的邊界條件下找到可能的機器設計；在AxSTREAM? 中，Meanline(1D） / Streamline(2D)求解器針對設計和非設計工況計算了葉輪機械的參數和性能，包括質量流量、壓力、功率和效率等。AxSTREAM ION? 用于將上述所有模塊和工具集成到一個仿真系統中，實現數字孿生，并執行自動化過程。本次研究還利用NIST RefProp[10]工具來確定CO2的熱力學和傳輸物理性質。
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非設計工況下超臨界二氧化碳燃氣輪機底循環的軸配置分析比較.pdf
展開 【EDF開源CAE】使用TELEMAC-MASCARET研究德國蒙斯特洛科湖的熱分層現象
模擬的結果證明了TELEMAC-MASCARET具備構建靈敏且穩定模型進而對湖泊水動力、熱分層和熱力循環現象進行模擬預測。區別于傳統的方法，環境仿真技術可以獲得更加全面的湖泊熱力學信息。
近期培訓通知
TELEMAC水動力專題培訓
培訓時間
2021年9月15日-18日
報名截止時間：2021年9月15日
本次培訓名額有限，報名從速。
培訓地點
河海大學：南京市鼓樓區西康路 1 號嚴愷館 702
擬定培訓內容
1、TELEMAC-MASCARET 軟件理論知識
2、TELEMAC-MASCARET 軟件安裝編譯
3、TELEMAC-MASCARET 軟件的上機實踐和應用實例
1）TELEMAC 2D: 水動力模型
2）TOMAWAC: 波浪譜模型
3）ARTEMIS: 波浪解析模型
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展開 
（轉載）發動機燃燒室
從熱力循環的角度，燃燒室基本決定了發動機的工作范圍，也就決定了壓氣機和渦輪的性能要求。
（航空發動機熱力循環——布雷頓循環。我保證，只有這一張看不懂的圖）
航空發動機是個大坑，這個大家都知道，但是航空發動機燃燒室就算一個很小眾的領域了。雖然屬于發動機三大核心部件之一，但前有壓氣機一堆復雜的流體力學理論和數值研究，飄逸的風扇造型，后有高大上的單晶/粉末冶金的渦輪，燃燒室夾在中間，顯得很弱小也不那么高調。
（GEnx發動機，燃燒室就像發動機的小蠻腰一樣）
另一方面，航空發動機（或燃氣輪機）燃燒室在國內的研究團隊也不多，除了幾大研究所之外，主要是北航、清華、中科院、西工大、南航等高校，真正有能力開展高溫高壓實驗的團隊屈指可數。當然并不是說燃燒室的研究多么的厲害，我反而覺得燃燒室研究（并非燃燒研究，后者屬于基礎科學）總的來說還處于比較傳統的階段。
這里首先給大家普及一個概念，現代航空發動機的燃燒室基本都采用環形燃燒室結構，就是圍繞發動機主軸一圈，大概由15~30個頭部組成，單個頭部就叫做單頭部燃燒室。所以這樣看起來，全環燃燒室也不算小，但相對于整個發動機的尺寸來說就太小了。一個單頭部的橫截面積不過半張A4紙，絕對算是小蠻腰了。
（全環燃燒室結構示意圖）
燃燒室的研發也是從單頭部燃燒室開始，逐漸過渡到全環乃至整機測試，一共分為9級技術成熟度。一般來說，限于實驗條件和經費，高校主要集中1~3級，研究所大概可以到6級，更高的就需要企業來完成。我所在的課題組也主要是做1~3級，隨著北航國家實驗室的建設，以后可能會擴展到4級（扇形燃燒室）。當然，如果從學術的角度，1級更接近研究物理本質的，也更容易發文章。
展開 Steag Ebsilon Professional v13.02 1DVD電站工程一站式解決方案
廣泛地用于電站設計、評估和優
化及其他熱力循環過程。在設計過程中，有助于識別優化的循環、評估多個選項和可替代結構；在電站運行過程
中，評估損失和建議可行的電站改進。通過引入特別參數到模型中，為你的應用預期設計一個性能優化的電站。
EBSILON Professional 是一款熱力循環過程模擬軟件，適用于電站設計和優化。使用可以獲得可觀收益：
液壓原理圖設計VEST HyDraw CAD900 SP1 Win64 1DVD
HyDraw CAD900是出自VEST公司的一款專業的液壓原理圖設計軟件，旨在幫助用戶能夠更加輕松準確的創建出一個
完美的液壓回路，并繪制專業的液壓回路圖紙、零件清單和報價清單。該系統里面內置了相當實用的二維CAD引擎
油路的設計，讓用戶輕松的即可設計完成專業、沒有任何差錯的液壓回路，包括了對廢物清單的自動生成，讓用
戶可實用精確的ISO符號，可通過智能的連接功能來快速的獲取關聯的數據。使用精確的ISO符號并通過智能鏈接
功能關聯模型數據、配件、文檔和CAD文件。
展開 二氧化碳發電來了！全國產化！
專家介紹，未來，二氧化碳循環發電技術還將進一步應用于靈活火電、高效光熱、核電、儲能等領域，為推動構建以新能源為主體的新型電力系統提供技術支撐。
超臨界二氧化碳簡介
超臨界二氧化碳（supercritical carbon dioxide,s-co2 ）是指溫度和壓力均在臨界點以上的二氧化碳流體。超臨界二氧化碳具有超臨界流體流動性好、傳熱效果高、壓縮性小、適于熱力循環的獨特性質，再加上二氧化碳臨界溫度和壓力較低，遠遠低于水的臨界點，化學性質穩定，工程可實現性較好，可在接近室溫條件下達到超臨界狀態，使超臨界二氧化碳稱為理想的熱力循環工質。
二氧化碳的臨界點溫度約為攝氏31度，壓力約為7.8MPa（78個大氣壓），將二氧化碳加壓加溫到這個臨界點壓力和溫度之上就能得到超臨界二氧化碳 （sco2）。在接近臨界點時，sco2具有接近液態的密度和比熱容，但其粘性接近于氣態。如果將其用來做動力循環的工質，如朗肯循環和布雷頓循環，它能夠在很小的體積內傳遞很大的能量。
超臨界二氧化碳發電技術
sco2工質的優異性
例如同樣300MW的額定發電功率，以sco2為工質的膨脹機的體積是以水蒸氣為工質的蒸汽輪機的1/100.由于sco2 在傳遞能量方面的優異特性，將它用于動力循環中能顯著提高循效率。
展開 火力發電與清潔能源問題
由于計算燃煤鍋爐污染物排放濃度時是用較少的氧氣來沖淡，所以和燃氣輪機組比較“實際”排放污染物量的多少時應折算到同樣的氧含量15%，折算公式應是：
還有一個因素：在比較火力發電不同熱力循環的效率時，常常用發出單位電能(千瓦時kWh)所消耗的燃料熱能(千焦耳kJ)，即熱耗率[kJ/(kW·h)]來表示。在比較不同熱力循環對大氣的污染物排放時，也應當考慮到各自發出單位電能所產生的排氣量[m3/(kW·h)]。對天然氣燃氣輪機聯合循環機組與燃煤機組進行大氣污染物排放比較時可以取兩者各自較先進設備發出單位電能所產生的排氣量來比較。目前已大量投入運行的先進天然氣聯合循環機組此數值大致上在4m3/(kW·h)左右;而先進燃煤發電機組其值在3m3/(kW·h)左右，但不同機組的數值相對分散一些(煤質不同有一定影響)，在作折算和比較時，對燃煤機組取比較保守的3.5m3/(kW·h)。
天然氣燃氣輪機聯合循環機組與燃煤機組在同等基礎上比較時，實際達到的大氣污染物排放限值折算結果見以下表1和表2。
表1 大氣污染物排放濃度折算限值比較
表2 大氣污染物實際排放量折算限值比較
此處表2的污染物“實際”排放量是指產生相同單位發電量1kWh時，天然氣聯合循環機組和超低排放燃煤機組各自對大氣的污染物“實際”排放量限值。
展開 美國研制新型轉子重油活塞發動機，海陸空通吃
二、“X發動機”的主要創新點
液體活塞公司發展了一個新的熱力循環，稱為高效混合循環，設計了“X發動機”，類似內外對調的萬克爾（Wankel）轉子發動機，不是一個三角形的內部轉子加橢圓形的外殼，它有一個橢圓形的轉子，外殼則為三角形，發動機只有兩個活動部件。高效混合循環（HEHC）是一個四沖程循環。燃料/空氣混合氣通過轉子進入X發動機，被壓縮和點燃，利用定容燃燒提高效率，燃燒后的氣體過膨脹后通過轉子排出。
“X發動機”采用了液體活塞公司專利的高效混合熱力循環。
在萬克爾發動機中，進氣口和排氣口都在外殼上，當轉子旋轉時就會打開。壓縮和膨脹容積是相同的。在HEHC循環中，膨脹容積更大，過膨脹可以從發動機中獲得更多的能量。
在萬克爾發動機中，三角形轉子頂端的密封片在轉子旋轉過程中，在設置于轉子頂端的密封槽中高速進出，不易潤滑，潤滑油被混合到發動機的進氣中，但其中90%被燒掉。液體活塞公司CEO和共同創始人亞歷山大·施科尼克（Alexander Shkolnik）表示：在“X發動機”中，頂部和轉子活塞側面的密封都安裝在固定外殼上，并直接潤滑。
在DARPA項目的第一階段，目標是演示0.75升X4發動機的結構完整性。重油運轉比液體活塞公司的首個發動機——“X-Mini”——需要更高的壓力，“X-Mini”發動機為70cc火花塞點火發動機，其壓比為9:1，燃燒室壓力達30-35bar（1bar=100000Pa）。
最初的“X–Mini”發動機是一個70cc轉子燃燒發動機，重4磅、產生3-5馬力。
“高效率的重油發動機需要高壓比。
展開 基于Gaussian高精度熱力學方法計算胺類分子的pKa
本案例設計DAP-2H電離的熱力學循環，輔助高精度完備基(Complete Basis Set, CBS)方法CBS-QB3計算了DAP-2H分子的酸堿性pKa。計算結果符合實驗預期，這得益于我們選用了更昂貴的高精度熱力學計算方法。
圖1 2,3-二氨基吩嗪(DAP) 和DAP2H優化后的結構以及的氧化還原反應
DAP-2H的pKa計算
在如表1所示的計算級別下，分別計算各個分子/離子的吉布斯自由能。根據圖2 所述熱力學循環,計算DAP-2H的酸堿性pKa。
Flownex典型應用——電廠熱平衡系統仿真
上圖為蒸汽動力發電廠熱平衡圖，以及Flownex建立的計算網絡圖，對整個蒸汽循環過程進行仿真計算，模型包括鍋爐、汽機（高壓缸、中壓缸和低壓缸以及中間抽氣）、凝汽器、冷卻水系統、凝結水泵、低壓加熱器、除氧器、補給水系統、給水泵，高壓加熱器。模型中包括了主蒸汽系統、再熱蒸汽系統以及回熱抽氣系統。
應用價值：Flownex能夠快速計算各部件的壓力、溫度以及流量分布、得到各部件中的水蒸氣狀態、計算得到汽輪機的工作狀態以及給水泵的工作條件、各高壓加熱器和低壓加熱器的換熱量等主要參數，從而得到整個系統的運行效率。添加的控制器還能夠仿真整個熱力循環的動態調節過程，使循環始終處于高效的循環狀態。
展開 
【CATIA】設計CAE | 達索系統百世慧?
復雜熱力循環仿真
針對使用 Clausius Rankine 循環的發電過程，對復雜的熱力循環流程進行建模和模擬：
在復雜的發電廠設計中檢測并避免臨界狀態。
利用零部件中的流程瞬變精準分析，在真實工廠出現之前優化控制模型。
在零部件級別執行快速高效的動態運營條件調查，以確定尺寸。
冷卻系統庫
開發冷卻系統和尺寸零部件，專用于電池和電氣驅動及電子熱管理：
可對冷卻回路進行高效的建模和仿真，從而大幅降低成本。
推動開發創新解決方案，用于整個系統的熱回收和熱管理。
快速確定冷卻零部件的尺寸，以評估子系統壽命和性能。
根據動態模型考慮冷卻回路的熱慣性，從而簡化控制開發。
可使用兼容的連接器和簡單的零部件參數化輕松地實施。
可輕松添加用戶定義的流體屬性表數據，以探索其他解決方案。
電動動力系統
在電氣驅動裝置的整個開發流程中協助完成設計步驟：
快速分析不同傳動系統配置的影響。
快速、輕松地模擬并驗證復雜多物理電氣化傳動系統的行為。
快速、輕松地模擬并驗證復雜多物理電氣化傳動系統的行為。
在多個系統配置中重用層次結構系統模型，從而在定義新的電氣化傳動系統時實現最高的敏捷性。
彈性體系統
加快柔性橫梁、環形板和柔性幾何體大型運動的分析：
對混合包含剛性元素和柔性橫梁結構的機械系統進行建模和仿真。
可對物理試驗極其昂貴和困難的各種情形進行無縫建模和仿真，從而降低成本。
在仿真期間分析幾何圖形硬化和扭曲的影響。
飛行動力學
對各種飛行器的飛行力學特征進行建模、仿真和分析：
創建準確的多學科模型及飛機飛行力學仿真，涵蓋從地面操作到高速度、高海拔飛行。
在設計流程的早期階段評估飛機配置更改對飛行特征的影響。
展開 余熱回收鍋爐，熱管的結構與原理技術
熱管從外部熱源吸熱 , 蒸發段吸 液芯 中工質蒸發, 局部空間的蒸汽壓力升高 , 管了兩端形成壓差 , 蒸汽在壓差的作用下 , 被驅送到冷凝段 , 其熱量通過熱管表面傳輸給被熱體 , 熱管內工質冷凝后又 回到蒸發段, 形成一個閉式循環 , 包括三個過程:蒸發段液相工質吸熱蒸發:被蒸發的工質在冷凝段放熱冷凝 ; 冷凝的工質又回到蒸發段再蒸發。
冷凝段——絕熱段——蒸發段
因熱管的熱力循環是在一個封 閉的管內實現的, 對外界環境而言, 熱管自高熱源處吸收熱量 , 在低溫段放出熱量 。熱管僅是熱量傳輸的工具 , 工質側是熱量傳輸的載體, 驅動工質循環 的動 力是管兩端的溫差。
②熱管余熱鍋爐的特點
熱管具有很大的導熱系數 , 它具有在小溫差下傳遞很大熱流的特性 。我們在低溫發電系統 中采用熱管余熱鍋爐做低溫余熱發電的熱量回收裝置 。美國休斯飛機公司對熱管換熱器和其它類型換熱器進行 了比較和評定( 結果見 附表 ) 。從表中看出, 只有板翅式換熱器的綜合指標比較接近熱管換熱器 ( 表中括號 的數字表示品質因素, 最好是5 , 最差是 0 。
而流體通過板翅式換熱器 的壓卻比熱管換熱器高1一 2 倍, 顯然, 如將其做為回收廢氣余熱裝置, 將大大增加風機的動力消耗.
常規水管鍋爐的汽化在水管內進行, 水管內沸水容易產生傳熱切期望不穩定現象, 熱管余熱鍋爐水的汽化是在管外進行汽泡外沸騰.
展開 相變儲熱及卡諾電池研究進展
常用的熱力循環包括布雷頓循環、跨臨界循環和（有機）朗肯循環等，而常見的儲熱技術，如顯熱儲熱、相變儲熱和熱化學儲熱均可用于相應的儲熱/冷裝置。本研究對比了布雷頓循環和跨臨界CO2循環卡諾電池在采用顯熱儲熱材料時的熱力學和經濟性指標，得到了熱經濟性最優的系統配置；為提升系統儲能密度，進一步建立了基于布雷頓循環和相變填充床的卡諾電池系統模型，研究了壓縮機壓比、填充床孔隙率、壓縮機與膨脹機等熵效率、系統流速等因素對卡諾電池系統往返效率、功率密度等性能參數的影響，得到了卡諾電池系統內部不可逆損失的分布規律；基于有機朗肯循環卡諾電池可在余熱資源豐富的條件下實現電能超高效存儲的特性（即理論往返效率超過100%），討論了其在300 MW熱電廠調峰過程中的適用性，發現耦合有機朗肯循環卡諾電池的熱電廠可成功滿足94%的用電峰值負荷；提出了基于雙罐儲冷裝置的有機朗肯循環卡諾電池， 評估了儲冷介質流量、儲冷溫度、蒸發溫度、夾點溫度等關鍵設計參數對往返效率、平準化存儲成本等系統性能參數的影響；建立了梯級相變單元的熱力學與經濟性模型，討論了相變單元純儲電模式和熱電/冷電聯供模式對熱力學性能與經濟性指標的影響，奠定了將卡諾電池由純儲電系統拓展為可同時提供電能、不同品位冷能和熱能的智慧能源管理系統的基礎。該研究成果對各類型的卡諾電池進行了較為系統的探討。
圖6 卡諾電池系統的熱力學特性研究：(a) 布雷頓循環卡諾電池；(b) 有機朗肯循環卡諾電池
總結與展望
作為大規模儲熱與熱機械儲能技術的重要組成部分，相變儲熱和卡諾電池已受到學術界、產業界和政府部門的廣泛關注，相變儲熱和卡諾電池的研究與開發工作在機理、材料、裝置和系統等層面也取得了長足的進步。
展開 應用Flownex軟件的空調系統快速設計與選型
制冷劑R22的TS圖
制冷循環熱力圖和主要位置點參數如下
制冷循環熱力循環圖
制冷循環主要參數表
注：各設計點的參數由Flownex計算查詢得到，Flownex提供了快速查詢工質物理化學特性的功能。
4）熱力計算
3. 制冷系統部件選型
根據前面的熱力計算結果，利用Flownex軟件對空調系統的關鍵部件進行選型。
3.1. 壓縮機基本參數
3.2. 冷凝器參數
3.3. 蒸發器參數
3.4. 制冷系統集成
將參數設計好的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器在Flownex上進行快速集成，并進行整體參數計算，驗證方案的合理性。
初始時刻，給定壓縮機進口邊界條件：指定壓力為1.95MPa，溫度為8℃；給定膨脹閥進口邊界條件：指定壓力為1.95MPa，溫度為48℃。
Flownex計算結果顯示在這兩處位置均由能量輸入，分別為0.1KW和1.25KW。將兩處邊界條件放松后得到系統的真實平衡結果。
制冷系統運行圖
制冷系統運行參數
4. 結論
Flownex能夠很好的幫助用戶設計空調系統，快速準確計算各部件的性能，包括換熱器的設計與選型，相變過程的計算以及部件性能匹配等。本算例旨在對設計工況下的制冷系統進行設計與選型，在實際過程中，蒸發器的熱負荷并不是一個固定值，當蒸發器熱負荷發生變化時，需要調節壓縮機的功率，以保證達到設計需求，如何調節壓縮機以滿足實際需求將是下一個工作內容。
展開 