超臨界二氧化碳布雷頓循環發電模組配置與性能分析

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研究生：	林俋伸
論文名稱：	超臨界二氧化碳布雷頓循環發電模組配置與性能分析 Configuration Design and Performance analysis of Super Critical Carbon Dioxide Closed Brayton cycle
指導教授：	蔣小偉
口試委員:	黃智永郭啟榮劉承賢蔡博章蔣小偉
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2014
畢業學年度：	102
語文別：	中文
論文頁數：	73
中文關鍵詞：	超臨界二氧化碳、布雷頓循環
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摘要
在現有的發電循環中產生的廢熱最終無法利用的都是以不同形式排放到環境之中，因此一直以來人們努力追求如何更佳的利用這些廢熱，其中一種方式是藉由原本主要循環(Topping cycle)排放之廢熱來裝置一個次要的發電循環(Bottoming cycle)進行發電，這將使整體的發電效率和功率提高，意味著更加完全的利用能量。
目前常見的次要循環為用蒸氣作為工作流體的朗肯循環(Rankine cycle)，其發展已經非常久且完善，本研究為布雷頓封閉循環使用二氧化碳並操作在超臨界狀態作為工作流體，相較於傳統朗肯循環有較高的效率且由於能量密度高的關係，意味著較小的空間和渦輪機組需求，因此未來頗具有發展潛力，本研究將分析超臨界二氧化碳布雷頓循環系統在不同設定條件下對效率的影響，並配合不同熱源溫度分析其提升的效率和功率。

摘要………………………………………………………………………2
Abstract…………………………………………………………………...3
圖目錄……………………………………………………………………7
表目錄…………………………………………………………………..10
一、    緒論………………………………………………………………12
1 前言………………………………………………………….12
2 研究動機與目的…………………………………………….12
3 文獻回顧…………………………………………………….13
二、    理論模型…………………………………………………………16
1 布雷頓封閉循環熱力過程………………………………….16
2 工作流體熱力性質………………………………………….18
2.1 理想氣體分析…………………………………………..18
2.2 比熱分析………………………………………………..19
2.3 壓力耗損………………………………………………..19
2.4 渦輪機和壓縮機的等熵效率…………………………..20
3 熱交換器…………………………………………………….20
4 在臨界點附近的運作狀態分析…………………………….22
5 渦輪機原理………………………………………………….23
6 渦輪機分類比較…………………………………………….24
6.1 徑向式渦輪……………………………………………..24
6.2 軸流式渦輪……………………………………………..25
6.3 渦輪機之理論分析……………………………………..26
6.4 渦輪機之無因次參數…………………………………..31
三、    研究方法…………………………………………………………32
1 研究分析流程……………………………………………….32
2 熱力循環程式模擬方法…………………………………….33
3 渦輪研究方法……………………………………………….35
3.1 渦輪機尺度種類選擇……………………………………..35
3.2 P-15渦輪機轉子…………………………………………...38
四、    結果與討論………………………………………………………39
1 超臨界二氧化碳布雷頓循環模擬驗證…………………….39
2 參數影響分析……………………………………………….42
2.1 熱回收氣效率與壓縮比關係…………………………..44
2.2 質量流率與壓縮比關係………………………………..45
2.3 渦輪機入口溫度和壓縮比關係………………………..47
2.4 壓縮比與熱效率、熱回收器效率關係………………..48
3 廢熱源實例分析…………………………………………….50
3.1 工廠烤漆產線廢熱……………………………………..50
3.2 Capstone C30 微型渦輪引擎…………………………..53
3.3 SPT5 改良型渦輪引擎…………………………………56
3.4 Siemens H-class 渦輪引擎廢熱………………………..60
3.5 GE LM6000 渦輪引擎廢熱…………………………….64
五、    結論與未來建議…………………………………………………69
1 結論………………………………………………………….69
2 未來建議…………………………………………………….70
六、    參考文獻…………………………………………………………71
七、    附錄………………………………………………………………73
                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
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