Моделирование2026-03-25 · 1 мин

Термодинамический и CFD-анализ электростанций с отрицательными выбросами CO2

В статье представлен термодинамический и CFD-анализ газопарового турбинного цикла с "мокрым" сжиганием для достижения отрицательной эмиссии CO2. Проведено сравнение симуляторов Aspen Plus, Aspen HYSYS и Ebsilon, а также CFD-моделирование эжекторов для валидации результатов.

AspenHYSYSAspenPlusCFDEbsilonThermodynamicAnalysis

Термодинамический и CFD-анализ электростанций с отрицательными выбросами CO2

Постановка задачи: Концептуальное проектирование и оценка эффективности инновационного газопарового турбинного цикла с "мокрым" сжиганием (wet combustion chamber, WCC), работающего на осадках сточных вод (sewage sludge) или смесях с метаном, с целью достижения отрицательной эмиссии CO2. Требовалось провести сравнительный анализ в различных пакетах [cite: 11, 12].
Программное обеспечение: Aspen Plus, Aspen HYSYS, Ebsilon, ПО для CFD-расчетов [cite: 11, 12].

Методы и термодинамика:

Сравнение симуляторов: Термодинамический цикл газопаровой установки был смоделирован независимо. Температура выхлопа после WCC задавалась жестко (1100 °C). В HYSYS и Aspen Plus температура питательной воды достигала 125.1 °C, тогда как Ebsilon рассчитывал 149.02 °C для смешанного топлива [cite: 11, 12].
Расчет химической энергии и энтальпии: Энтальпия флюидов вычислялась на основе термодинамических таблиц $h = h(p, T, Y_{(k)})$, где $Y$ - компонентный состав выхлопных газов (включая $N_2, Ar, CO_2$). Замечено, что HYSYS и Plus позволяют детально прогнозировать образование оксидов азота ($NO_x$, включая $NO$ и $NO_2$), в то время как Ebsilon этот параметр не оценивает [cite: 11, 12].
CFD-моделирование эжекторов: Из-за высокой степени сжатия макро-моделирование эжекторов в HYSYS имело высокую погрешность. Поэтому профиль сверхзвукового сопла и камеры смешения эжектора исследовался с использованием вычислительной гидродинамики (CFD) для подтверждения лабораторных данных. Установлено, что удлинение сопловой части повышает КПД [cite: 11, 12].

Процесс валидации:

Процесс валидации: Результаты 0D-макромоделей (Aspen, Ebsilon) валидировались путем сопоставления друг с другом, проверки балансов химической энергии и КПД сгорания (99.9% в Aspen) [cite: 11, 12].

Итоговые результаты:

Итоговые результаты: Доказана концептуальная возможность использования осадков сточных вод для генерации энергии. Выявлены ключевые различия между симуляторами при работе с нестандартными видами топлива и показана важность интеграции CFD-кодов для проектирования критически важных узлов (эжекторов) [cite: 11, 12].

Источник

Постановка задачи: Концептуальное проектирование и оценка эффективности инновационного газопарового турбинного цикла с "мокрым" сжиганием (wet combustion chamber, WCC), работающего на осадках сточных вод (sewage sludge) или смесях с метаном, с целью достижения отрицательной эмиссии CO2. Требовалось провести сравнительный анализ в различных пакетах [cite: 11, 12].

Программное обеспечение: Aspen Plus, Aspen HYSYS, Ebsilon, ПО для CFD-расчетов [cite: 11, 12].

Методы и термодинамика:

Сравнение симуляторов: Термодинамический цикл газопаровой установки был смоделирован независимо. Температура выхлопа после WCC задавалась жестко (1100 °C). В HYSYS и Aspen Plus температура питательной воды достигала 125.1 °C, тогда как Ebsilon рассчитывал 149.02 °C для смешанного топлива [cite: 11, 12].

Расчет химической энергии и энтальпии: Энтальпия флюидов вычислялась на основе термодинамических таблиц $h = h(p, T, Y_{(k)})$, где $Y$ - компонентный состав выхлопных газов (включая $N_2, Ar, CO_2$). Замечено, что HYSYS и Plus позволяют детально прогнозировать образование оксидов азота ($NO_x$, включая $NO$ и $NO_2$), в то время как Ebsilon этот параметр не оценивает [cite: 11, 12].

CFD-моделирование эжекторов: Из-за высокой степени сжатия макро-моделирование эжекторов в HYSYS имело высокую погрешность. Поэтому профиль сверхзвукового сопла и камеры смешения эжектора исследовался с использованием вычислительной гидродинамики (CFD) для подтверждения лабораторных данных. Установлено, что удлинение сопловой части повышает КПД [cite: 11, 12].

Процесс валидации:

Процесс валидации: Результаты 0D-макромоделей (Aspen, Ebsilon) валидировались путем сопоставления друг с другом, проверки балансов химической энергии и КПД сгорания (99.9% в Aspen) [cite: 11, 12].

Итоговые результаты:

Итоговые результаты: Доказана концептуальная возможность использования осадков сточных вод для генерации энергии. Выявлены ключевые различия между симуляторами при работе с нестандартными видами топлива и показана важность интеграции CFD-кодов для проектирования критически важных узлов (эжекторов) [cite: 11, 12].

Термодинамический и CFD-анализ электростанций с отрицательными выбросами CO2

Термодинамический и CFD-анализ электростанций с отрицательными выбросами CO2

Методы и термодинамика:

Процесс валидации:

Итоговые результаты:

Источник

Теги

Термодинамический и CFD-анализ электростанций с отрицательными выбросами CO2

Термодинамический и CFD-анализ электростанций с отрицательными выбросами CO2

Методы и термодинамика:

Процесс валидации:

Итоговые результаты:

Источник

Теги