Page 79 - 电力与能源2023年第六期

第 44 卷 第 6 期 电力与能源
2023 年 12 月 625

DOI：10.11973/dlyny202306014
发电技术

具有非理想气体工质的往复式 Brayton 循环

多目标优化

吴 迪 1，2，3 ，戈延林 1，2，3 ，陈林根 1，2，3 ，冯辉君 1，2，3

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

摘 要：基于前人建立的不可逆往复式 Brayton 循环模型 ，在考虑多种不可逆损失项和非理想气体比热模型
的情况下，以压缩比为优化变量，对无因次功率、效率、无因次生态学函数和无因次功率密度进行性能分析与
多目标优化 ，并通过比较 3 种决策方式得到的的偏差指数 ，获得优化方案。结果表明：在进行单目标分析时，
四个目标函数性能指数会随着不可逆损失项系数的增大而减小；多目标优化结果相比单目标优化更优，其设
计方案更理想。
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目（52171317，51779262）；武 汉 工 程 大 学 研 究 生 教 育 创 新 基 金 项 目
（CX2022072）
关键词：不可逆 Brayton 循环；往复式循环；有限时间热力学；非理想气体；多目标优化；性能分析
作者简介：吴 迪（1998—），男，硕士研究生，研究方向为有限时间热力学。
中图分类号：TK12 文献标志码：A 文章编号：2095-1256（2023）06-0625-10
Multi-Objective Optimization of Reciprocating Brayton Cycles with Non-Ideal Gas

Working Fluid

WU Di 1，2，3 ，GE Yanlin 1，2，3 ，CHEN Lingen 1，2，3 ，FENG Huijun 1，2，3
（1.Institute of Thermal Science and Power Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430205，Hubei Province，China；

2.Hubei provincial Engineering Technology Research Center of Green Chemical Equipment，
Wuhan 430205，Hubei Province，China；

3.School of Mechanical and Electrical Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430205，Hubei Province，China）

Abstract：Based on the previously established irreversible reciprocating Brayton cycle model, and considering a
variety of irreversible loss terms and non-ideal gas specific heat model, the performance analysis and multi-
objective optimization were conducted for the dimensionless power, efficiency, dimensionless ecological function
and dimensionless power density taking the compression ratio as the optimization variable. The optimal scheme
was obtained by comparing the deviation index of the three decision methods. The results show that the
performance index of the four objective functions decreases with the increase of the irreversible loss coefficient in
the single objective analysis. Compared with the single objective optimization, the multi-objective optimization
results are better and the design scheme is more ideal.

Key words：irreversible Brayton cycle，reciprocating cycle，finite time thermodynamics，non-ideal gas，multi-

objective optimization，performance analysis
［1-3］
有限时间热力学（FTT） 在循环性能的分 Brayton 循环 ［4-5］ 、闭式（定常流）Brayton 循环 ［6-7］ 和
析和优化中发挥着越来越重要的作用，并取得了 往复式 Brayton 循环 ［8-9］ 的功率、效率进行了性能
一系列的成果。大量学者应用 FTT 理论对开式 分 析 与 优 化 。 除 了 功 率 、效 率 基 本 优 化 性 能 分