Инженерные разборы, кейсы Aspen HYSYS, патенты и технологии ежедневно в Telegram.
Термодинамический анализ каскадного цикла утилизации сбросного тепла (Waste Heat Recovery) для атомных судов в Aspen HYSYS
В Aspen HYSYS выполнено моделирование каскадной системы утилизации сбросного тепла для атомного судна мощностью 100 МВт. С использованием REFPROP и пинч-анализа оптимизированы параметры органических циклов Ренкина. Результаты показали рост термического КПД и перспективность для водородной энергетики на морском транспорте.
Термодинамический анализ каскадного цикла утилизации сбросного тепла (Waste Heat Recovery) для атомных судов в Aspen HYSYS
В современной морской инженерии проектирование и внедрение высокоэффективных силовых установок с нулевым уровнем выбросов углерода невозможно без глубокого термодинамического и эксергетического анализа замкнутых циклов. В рамках данного масштабного проекта рассматривается проектирование новой сложной каскадной системы утилизации сбросного тепла (Waste Heat Recovery, WHR) от вторичного контура ядерной энергетической установки крупнотоннажного судна мощностью 100 МВт. Топологическое проектирование, оптимизация параметров и стационарное моделирование выполнялись в программной среде Aspen HYSYS V12.2.
Выбор именно этого программного обеспечения был обусловлен наличием в нём обширной интегрированной базы данных теплофизических свойств и крайне надёжных численных алгоритмов для расчёта параметров состояния рабочих тел в экстремальных условиях — при сверхкритических давлениях и температурах. Задача дополнительно усложнялась необходимостью увязки нескольких термодинамических органических циклов Ренкина (ORC) в единый тепловой каскад для максимизации КПД. Для обеспечения высокой точности инженеры применили пакет уравнений состояния REFPROP (Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database от NIST), который полностью интегрирован в структуру HYSYS в качестве расчётного движка. В отличие от кубических уравнений состояния, REFPROP обеспечивает наивысшую доступную точность для сложных многокомпонентных хладагентов и воды в околокритических и сверхкритических состояниях, что критически важно при расчёте турбин.
| Параметр моделирования HYSYS | Метод / Спецификация | Значимость для проекта |
|---|---|---|
| Термодинамический расчётный движок | REFPROP (NIST) | Точный расчёт свойств хладагентов в сверхкритической области. |
| Топология процесса | Каскадный цикл утилизации (WHR) | Пошаговое извлечение энергии на различных температурных уровнях. |
| Оптимизация теплообмена | Пинч-анализ (Heat Exchanger Network) | Минимизация минимального температурного напора в испарителях. |
| Критерий эффективности | Эксергетический КПД | Оценка доли полезно использованной работы с учётом второго начала термодинамики. |
Особое внимание в моделировании уделялось настройке теплообменного оборудования — использовался встроенный функционал пинч-анализа — для минимизации эксергетических потерь, то есть уничтожения эксергии вследствие разности температур, в каскадных испарителях и конденсаторах. Валидация предложенной сложной схемы осуществлялась путём проверки строгой сходимости материального и энергетического балансов на каждом контуре, отсутствия температурных перекрестов (temperature crosses) в теплообменниках, а также автоматического построения T-S (температура–энтропия) и P-H (давление–энтальпия) диаграмм для визуального подтверждения корректности циклов.
Итоговые результаты расчётов доказали термодинамическую синергию многоцикловой интеграции: оптимизация рабочих давлений в каскаде позволила радикально повысить общий термический КПД использования энергии источника, что предоставляет мощный инструмент для разработки будущих водородных энергетических инфраструктур на морском транспорте.
Источник
Теги
- #AspenHYSYS
- #Thermodynamics
- #WasteHeatRecovery
- #ProcessDesign
- #Nuclear
Источник: https://www.mdpi.com/2673-8716/6/3/35
#AspenHYSYS #Thermodynamics #WasteHeatRecovery #ProcessDesign #Nuclear