内可逆闭式Brayton循环多目标优化

邱幸付, 戈延林, 陈林根, 王瑞博

(1. 武汉工程大学 热科学与动力工程研究所, 武汉430205;2. 湖北省绿色化工装备工程技术研究中心, 武汉 430205;3. 武汉工程大学 机电工程学院, 武汉 430205)

众多学者应用经典热力学理论对Brayton循环性能进行了研究[1-2]。研究者将有限时间热力学(Finite Time Thermodynamics，FTT)[3-6]理论应用于实际热力循环的性能分析和优化中，取得了很大的进展。一些学者应用FTT理论对简单闭式Brayton循环的功率[7-9]、效率[8-9]、功率密度[10]、生态学函数[11]和利润率密度[12]等性能特性进行了研究，具体研究进展见综述文献[13]。

开展某个单一性能指标优化时，往往会牺牲其他性能指标。为了权衡各性能指标的利弊，一些学者引入多目标优化[14-19]对热机循环进行了研究。Ahmadi等[14]对Atkinson热机进行了热力学分析，并利用精英非支配排序遗传(NSGA-Ⅱ)算法对其功率和效率进行了多目标优化；Tang等[15-16]建立了改进的内可逆[13]和不可逆[14]简单等温加热修正的闭式Brayton循环模型，对循环的功率、效率、功率密度和生态学函数进行了多目标优化；Yang等[17]利用NSGA-Ⅱ算法对有机朗肯循环进行了多目标优化，采用经典决策方式筛选出了最优制冷剂； Abubaker 等[18]基于遗传算法对太阳能换热器与发电厂组成的新型集成系统的效率和资金成本进行了多目标优化。

本文将在文献[7, 10]建立的恒温热源内可逆闭式Brayton循环模型基础上，利用NSGA-Ⅱ算法，以换热器热导率分配和循环压比为优化变量，同时对循环的无因次功率、热效率、无因次生态学函数和无因次功率密度等四个目标进行多目标优化。……