Investigation of a Combined Inverted Brayton and Rankine Cycle
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Waste heat recovery is a vitally important technology to address increasingly stringent emissions legislation and environmental concerns over CO2. One such means of recovering thermal energy is the inverted Brayton cycle (IBC). This paper presents an experimental study of a novel combination of the IBC with a Rankine cycle for the first time. The IBC requires cooling of the exhaust gases after expansion. If the gases contain water vapour, as is the case for hydrocarbon combustion, and cold enough coolant is available, the water can be condensed, pressurized and re-boiled for expansion in a Rankine cycle. The steam produced from the cycle can be utilized in a number of ways. In this study, steam is injected through a series of de Laval nozzles directed into the main turbine to produce additional shaft power in a compact arrangement. To minimize the size of the system, additive manufacturing was used for the heat exchangers, giving high performance per unit volume. The study demonstrates the feasibility of the cycle in producing power from waste heat using humid gas that already is present in most applications. The experimental results show that the system is able to generate power at very low exhaust temperatures where the standard IBC would cease to operate. With an IBC inlet temperature of 370 °C, approximately 5 kJ/kg of specific shaft work was produced with 5 g/s of steam flow rate. At higher exhaust temperatures, the IBC and the Rankine cycle started to work together to increase the shaft power resulting in much higher specific work. At 620 °C, a specific shaft work of 41 kJ/kg was generated at a steam flow of 9 g/s. For the present turbomachinery sizes, this corresponded to 1933 W of power at 47 g/s of main exhaust flow. A model of the thermodynamic system was created in order to study the sensitivity of the system to parameters such as the steam expander pressure ratio and efficiency. Higher steam pressure and higher steam expander efficiency both led to greater power generated for the same operating point, particularly at high IBC turbine inlet temperatures. The peak specific work for the range of parameters explored in the paper was 68 kJ/kg with a steam expander efficiency of 70% and exhaust conditions of 600 °C and 50 g/s. The plots produced in this study can be used as a guide for others considering this system to understand the expected power generated under a range of conditions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».