Θερμοδυναμική μοντελοποίηση κλειστού κύκλου Brayton επανασυμπίεσης με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη ενός προηγμένου συστήματος παραγωγής ισχύος το οποίο τα τελευταία χρόνια, συνεχώς αναπτύσσεται προσφέροντας πολλές δυνατότητες. Ένας τέτοιος κύκλος είναι ο κλειστός κύκλος Brayton στον οποίο χρησιμοποιείται ως εργαζόμενο μέσο το υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα επιδιώκοντας υψηλές αποδόσεις και δίνοντας έμφαση στην αποδοτικότερη διάταξη του, την επανασυμπίεση. Αφού ,πρώτα, μελετήθηκε το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο που απαιτείται για τον κύκλο ισχύος s-CΟ2 εξετάστηκε η διάταξη της επανασυμπίεσης για να γίνουν σαφές τα μέρη από τα οποία απαρτίζεται, η κατανόηση λειτουργίας των διεργασιών του, αλλά και τα μοναδικά χαρακτηριστικά που διαθέτει, καθώς θεωρείται ως η πιο εξελίσσιμη και υποσχόμενη διαμόρφωση του κύκλου ισχύος s-CΟ2. Έτσι, σχεδιάστηκε ο κύκλος επανασυμπίεσης στο ελεύθερο σε πρόσβαση πρόγραμμα προσομοίωσης COCO πραγματοποιώντας θερμοδυναμική μοντελοποίηση μέσω του Microsoft Excel με σκοπό την πραγμάτωση μελέτης που έγινε για εφαρμογές ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας που αφορούσαν το εύρος θεοκρασιών (31,85 − 555 ℃) με σκοπό την εύρεση σημαντικών θερμοδυναμικών μεγεθών και παραμέτρων του κύκλου ισχύος, αξιόπωντας το δωρεάν πρόγραμμα REFPROP για την παροχή βασικών θερμοδυναμικών ιδιοτήτων και μεταφοράς του υπερκρίσιμου διοξείδιού του άνθρακα. Τα εξαγόμενα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με μελέτες ερευνητικών ινστιτούτων που είχαν πραγματοποιηθεί για τον κύκλο επανασυμπίεσης, με στόχο την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και την εκτίμηση της απόδοσης του συστήματος. Μετέπειτα, παρουσιάστηκαν διάφορα διαγράμματα τα οποία προέκυψαν από την παραμετρική μελέτη που επιχειρήθηκε για δύο βασικούς παραμέτρους του κύκλου επανασυμπίεσης, τον λόγο πίεσης και τον λόγο μάζας επανασυμπίεσης. Με την βοήθεια των διαγραμμάτων, γίνεται αντιληπτό πως επιδρούν τα θερμικά φορτία των εξαρτημάτων του κύκλου συναρτήσει του λόγου πίεσης και του λόγου μάζας επανασυμπίεσης, και τελικά η θερμική απόδοση του συστήματος, εφόσον φυσικά αναλυθούν λεπτομερώς. Εν κατακλείδι, συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα των δύο ξεχωριστών παραμετρικών μελετών και ελήφθη ο βέλτιστος βαθμός απόδοσης.