An adaptive flow path regenerator used in supercritical carbon dioxide Brayton cycle

Ding, Miao; Liu, Jian; Cheng, Wen‐Long; Huang, Wen-Xu; Liu, Qi-Nie; Yang, Lei; Liu, Shiyi

doi:10.1016/j.applthermaleng.2018.04.055

Cited by 26 publications

(4 citation statements)

References 18 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…The research on the heat transfer characteristics of S-CO2 at home and abroad mainly focuses on the flow in the tube and heat exchangers [3,4]. Many scholars have conducted experimental or numerical studies on the heat transfer characteristics of S-CO2.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Experimental and Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Flowing Upward in a Vertical Tube

Jian¹,

Chen²,

Zhao³

et al. 2022

Preprint

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Experimental and Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Flowing Upward in a Vertical Tube

Jian¹,

Chen²,

Zhao³

et al. 2022

Preprint

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Thus, the S-CO 2 Brayton cycle has promising applications in many fields, such as nuclear energy, solar energy, waste heat utilization, and marine propulsion. [1][2][3] The heat transfer characteristic of S-CO 2 is one key technology for S-CO 2 Brayton cycle. The physical properties of S-CO 2 change significantly near the critical point and pseudo-critical point, resulting in complex heat transfer phenomenon.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Experimental study on forced convective heat transfer of supercritical carbon dioxide in a horizontal circular tube under high heat flux and low mass flux conditions

Wang

Guo

Yan

et al. 2019

Advances in Mechanical Engineering

View full text Add to dashboard Cite

This study focuses on the convective heat transfer characteristics of supercritical carbon dioxide flowing in a horizontal circular tube under high heat flux and low mass flux conditions. The influences of thermophysical property, buoyancy effect, and thermal acceleration on the heat transfer characteristics are discussed. The parameters are as follows: system pressure is 7.6-8.4 MPa, mass flux is 400-500 kg/m 2 s, heat flux is 30-200 kW/m 2 , fluid temperature is 20°C 262°C, and Reynolds number is 1.23 3 10 4 to 4.3 3 10 4 . The wall temperature and heat transfer coefficient of supercritical carbon dioxide are obtained. The results show that, under the condition of high heat flux and low mass flux, heat transfer deterioration would happen, in which thermophysical property and buoyancy effect are the main factors. When the pressure is 7.6 MPa, the buoyancy factor is greater than 10 23 in the whole heat transfer area, and the buoyancy effect cannot be ignored, while the thermal acceleration factor is 9.5 3 10 28 to 4 3 10 26 and the effect of thermal acceleration can be negligible. The experimental data are compared with the predictions using seven empirical correlations, in which the Liao-Zhao correlation shows the best performance.

show abstract

“…The wavy design constitutes the most common practice as it enhances the heat transfer and decreases the component length. Many studies have been carried out to investigate the optimum design for specific applications, having the minimum pressure drop and the maximum heat transfer [33][34][35][36][37]. The angle increment for the wavy channels has a wide range, as the etching process offers this possibility.…”

Section: Printed-circuit Heat Exchangersmentioning

confidence: 99%

“…[64] investigated the effects of different wavy channels configuration on the thermal-hydraulic performance of a PCHE Alloy 617 with working helium on both sides, reporting that trapezoidal PCHE model presents the highest heat transfer rate, 41% higher than straight channels, but with a pressure drop penalty. Cui et al [37] and Ding et al [33] (2018) investigate alternatives geometries in order to improve the heat transfer effects in airfoil-finned channels of PCHE for s-CO2 applications.…”

Section: Steady State Thermal-hydraulic Performance Of Pchementioning

confidence: 99%

Design and modeling of printed - circuit heat exchangers and centrifugal compressors for supercritical carbon dioxide

Gkountas¹

View full text Add to dashboard Cite

Ο κλειστός κύκλος Brayton με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα (s-CO2) αποτελεί μία ελπιδοφόρα τεχνολογία στον τομέα της ανάκτησης θερμότητας κα στην παραγωγή ενέργειας. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει το σχεδιασμό και την μοντελοποίηση της λειτουργίας των πιο βασικών επιμέρους τμημάτων αυτού του κύκλου, των εναλλακτών τύπου «τυπωμένου κυκλώματος» (PCHE) και του φυγοκεντρικού συμπιεστή. Στη μελέτη ερευνώνται τα όρια που μπορούν να επιτευχθούν σχετικά με την απόδοση ενός κύκλου Brayton επανασυμπίεσης με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, πραγματοποιείται μία ενδελεχής μελέτη στο σχεδιασμό και τη μοντελοποίηση των εναλλακτών θερμότητας του συστήματος και του φυγοκεντρικού συμπιεστή. Η περίπτωση ενός κύκλου ισχύος 600 MW αναλύεται θερμοδυναμικά και τα αποτελέσματα δείχνουν πως ένας θερμικός βαθμός απόδοσης που ξεπερνά το 46% είναι δυνατό να επιτευχθεί, για θερμοκρασία εισόδου στο στρόβιλο 830 Κ. Το υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα μεταβάλλει ιδιαίτερα απότομα τις ιδιότητές του κοντά στο κρίσιμο σημείο του, οδηγώντας στη ανάπτυξη ενός κύκλου διαχωρισμού (split cycle) με επανασυμπίεση προκειμένου να μειωθεί η παραγωγή εντροπίας του κύκλου. Ο σχεδιασμός των εναλλακτών θερμότητας τύπου «τυπωμένου κυκλώματος» ερευνάται, χρησιμοποιώντας μία μονοδιάστατη τμηματική ανάλυση του εναλλάκτη, τρισδιάστατο μοντέλο υπολογιστικής ρευστοδυναμικής και πειραματικά δεδομένα. Τα όρια της αποτελεσματικότητας του εναλλάκτη θερμότητας και η επίδρασή τους στο βαθμό απόδοσης του κύκλου ερευνήθηκαν. Τα αριθμητικά αποτελέσματα επικυρώνονται από τα πειραματικά δεδομένα, προτείνοντας τελικά ένα σχεδιασμό υψηλής αποτελεσματικότητας για τον εναλλάκτη υψηλών θερμοκρασιών του κύκλου.Παράλληλα, οι συνθήκες υψηλής πίεσης του υπερκρίσιμου διοξειδίου του άνθρακα και ο κίνδυνος ύπαρξης διφασικής ροής κοντά στο κρίσιμο σημείο, καταδεικνύουν την ανάγκη να ερευνηθεί ο σχεδιασμός και η λειτουργία του φυγοκεντρικού συμπιεστή για τον υπό μελέτη κύκλο. Το ευθύ και το αντίστροφο πρόβλημα επιλύονται για αυτό το σκοπό. Το ευθύ πρόβλημα επιλύεται για έναν πειραματικά μελετημένο φυγοκεντρικό συμπιεστή, ενώ το αντίστροφο πρόβλημα επιλύεται προκειμένου να εξαχθεί η κατάλληλη γεωμετρία του συμπιεστή για τις θερμοδυναμικές συνθήκες του κύκλου που μελετήθηκε. Ένα επαναληπτικό μονοδιάστατο μοντέλο αναπτύχθηκε, οδηγώντας στον υπολογισμό της απόδοσης του συμπιεστή. Επιπρόσθετα, μία μέθοδος υπολογιστικής ρευστοδυναμικής χρησιμοποιήθηκε, προκειμένου να διερευνηθεί το πεδίο ροής του συμπιεστή, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της θεώρησης του πραγματικού αερίου για το διοξείδιο του άνθρακα. Η πιθανότητα ανάπτυξης διφασικής ροής στην είσοδο του συμπιεστή μελετήθηκε, αξιολογώντας την τοπική επιτάχυνση της ροής στην πτερωτή. Επιπλέον, η επίδραση του διάκενου κορυφής στη λειτουργία του συμπιεστή μελετήθηκε, καθώς και η επίδρασή της στην πιθανότητα συμπύκνωσης. Η έρευνα έδειξε ότι όταν το διάκενο αυξάνεται από 1% σε 5% του ύψους πτερυγίου, συμπύκνωση παρουσιάζεται στην κορυφή του πτερυγίου στην άκρο εισόδου του συμπιεστή (leading edge). Ο χαρακτηριστικός χάρτης λειτουργίας του συμπιεστή δημιουργήθηκε, ενώ η διερεύνηση της πιθανότητας συμπύκνωσης οδήγησε σε ένα περιορισμένο εύρος λειτουργίας ώστε να διασφαλίζεται η υπερκρίσιμη ροή για το συμπιεστή.Τελικά, η έρευνα δείχνει πως ο εναλλάκτης υψηλών θερμοκρασιών με αποτελεσματικότητα 99% μπορεί να οδηγήσει σε μία βελτίωση του κύκλου κατά 0.1%, ενώ το εύρος λειτουργίας του σχεδιασμένου συμπιεστή μειώνεται στο 30% του αρχικού εύρους λειτουργίας για χαμηλές στροφές και στο 25% του αρχικού εύρους λειτουργίας για υψηλότερες στροφές του συμπιεστή.

show abstract

An adaptive flow path regenerator used in supercritical carbon dioxide Brayton cycle

Cited by 26 publications

References 18 publications

Experimental and Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Flowing Upward in a Vertical Tube

Experimental and Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of Supercritical Carbon Dioxide Flowing Upward in a Vertical Tube

Experimental study on forced convective heat transfer of supercritical carbon dioxide in a horizontal circular tube under high heat flux and low mass flux conditions

Design and modeling of printed - circuit heat exchangers and centrifugal compressors for supercritical carbon dioxide

Contact Info

Product

Resources

About