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事例:ブレイトンサイクル

ブレイトンサイクルの過渡解析

1.この事例では、圧縮空気を生成するためのブレイトンサイクル(再生サイクル)のシミュレーションを行います。
 ブレイトンサイクルの模式図を図 1に示します。

ThreeShaftBraytonCycle.png
図 1 ブレイトンサイクルの模式図

 このモデルでは、空気圧縮機の吐出圧力を170kPaに保つために、PID制御によって貯蔵タンク(Inventory tank)の接続部の圧力を調節しています。今回は、計算開始から5秒後に、空気圧縮機の吐出側バルブ(Extraction point)の口径が0.041mから0.063mまで開く場合の過渡解析を行いました。

2.Flownexによるブレイトンサイクルの簡易モデルを図 2に示します。空気圧縮機の吸入圧力と吐出側バルブの2次側圧力は大気圧と等しくなっています。それぞれの圧縮機とタービンは性能曲線によってモデル化され、シャフトによって動力が伝達されています。また、このサイクルの熱源(Heat source)は700℃に設定されています。

brayton_cycle.png
図 2 Flownexによるブレイトンサイクル

3.初期値を設定するために、まず定常解析を行います。過渡解析での吐出側バルブの口径(開度)の変化を図 3に示します。吐出側バルブの1次側圧力が170kPaに保たれるように、PID制御で貯蔵タンクの接続部の圧力を調節します。

extraction_valve.png
図 3 吐出側バルブの開度

4.サイクル内の各点における圧力の変化を図 4、質量流量の変化を図 5に示します。また、各タービンの回転速度の変化を図 6に示します。

pressure_point.png
図 4 サイクル内の圧力

massflow_point.png
図 5 サイクル内の質量流量

turbine_speed.png
図 6 タービンの回転速度

5.熱源の出口温度(700℃)を一定に保つために必要な熱量の変化を図 7に示します。

heat_source.png
図 7 熱源における熱量の時刻歴


inquiry01.png

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