能量利用系统的构形热力学优化理论——研究进展与太阳能驱动热电冷氢联产系统优化应用初探

摘要

首先介绍了有限时间热力学、构形设计和构形热力学优化等热学优化新理论的起源和最新研究进展；其次介绍了这些新理论在热力循环和部件性能优化中的应用研究进展；然后基于能量的高效梯级利用，提出了基于太阳能和燃料补能的能源供给方式，集成燃气轮机循环、超临界二氧化碳布雷顿循环、有机朗肯循环、吸收式制冷循环和制氢过程，建立太阳能驱动热电冷氢联产系统新构型；最后对此联产系统新构型的构形热力学优化作了初步探讨。核心是围绕联产系统的“热-电-冷-氢”协同优化机理及调控机制、热力部件“流-结构-性能”的耦合演化规律与传热和热功转换强化机理、联产系统的能量高效梯级利用与多参数构形热力学优化三个关键科学问题，考虑子循环串/并/混联三种模式，综合运用理论解析、数值计算和实验验证的方法，开展联产系统的有限时间热力学优化、热力部件的构形设计、联产系统的构形热力学优化、三种联产系统优化结果的综合比较，实现联产系统热力部件与热力循环性能的一体化全局优化，促进形成一种多联产总能系统能量梯级利用优化理论的思路与框架，服务“双碳”战略。

关键词

构形设计 / 有限时间热力学 / 构形热力学优化 / 太阳能 / 多联产系统

基金资助

国家自然科学基金（52171317、51779262）