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作 者:徐乐根 毛军逵 梁凤丽 王在兴 杨孟林 XU Legen;MAO Junkui;LIANG Fengli;WANG Zaixing;YANG Menglin(Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System,College of Energy and Power Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China)
机构地区:[1]南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016
出 处:《航空动力学报》2024年第4期165-179,共15页Journal of Aerospace Power
基 金:173计划领域基金-重点项目(2021-JCJQ-JJ-0339);先进航空动力创新工作站(HKCX2022-01-002);中国航空发动机集团产学研合作项目(HFZL2022CXY032)。
摘 要:建立了基于直接氨燃料的固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统仿真模型,开发了一种架构优化的高功率-质量比的高效发电系统,并研究了燃料利用率和系统燃料分配对系统功率分配、各子部件质量以及其㶲损失等性能的影响。基于所建立的模型分析了压气机压比、燃料摩尔流量、空气摩尔流量等输入参数对系统性能的影响,在最优性能条件下对系统进行功率-质量比分析。仿真结果表明该系统的净发电效率为56.85%,㶲效率为50.71%,净发电量为213 kW,功率-质量比为0.7303 kW/kg,达到美国能源部太平洋西北国家实验室(PNNL)为SOFC-GT混合动力系统应用于航空航天领域制定的标准。在此基础上,讨论了该系统在商用飞机主动力和辅助动力上的应用,表明SOFC-GT混合动力系统在航空领域具有良好的应用前景。A simulation model of the solid oxide fuel cells-gas turbine(SOFC-GT)hybrid power system on the basis of direct ammonia fuel was established,to developed an efficient power generation system with a high power-mass ratio optimized by architecture,and studied the effects of fuel utilization and system fuel allocation on system power allocation,mass of various subcomponents,and energy losses.Then,the performance of the established SOFC-GT hybrid system was evaluated by changing parameters such as the compressor pressure ratio,fuel flow rate and air flow rate.The power-mass ratio analysis of the system was also carried out under the optimal performance condition.The simulation results showed that,the net power generation efficiency of the system can reach 56.85%,and the exergy efficiency can reach 50.71%at the design conditions.Meanwhile,the net power generation and the power-mass ratio reached 213 kW and 0.7303 kW/kg,respectively.So,this result can meet the power-mass ratio standard given by the Pacific Northwest National Laboratory(PNNL)for the SOFC-GT hybrid system used in the aerospace field.Finally,the application of the system on commercial aircraft as both main power system and auxiliary power unit was discussed,and the designed SOFC-GT hybrid system showed good aviation application prospects.
关 键 词:氨燃料电池 固体氧化物燃料电池-燃气轮机 混合动力系统 系统效率 功率-质量比 航空动力
分 类 号:V231.1[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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