提高不可再生能源资源的利用效率,减少能源资源的消耗,是实现我国能源、环境可持续发展的有效途径。以各种Brayton联产循环为基础的燃气轮机热电联产或冷热电联产技术是一项合理利用不可再生能源资源的有效方法,在我国有着广阔的应用前景。从Brayton联产循环理论的角度对该项技术进行热力学分析与优化,对更好地理解和洞察联产循环具有重要的理论研究意义,对实现联产系统的优化设计,提高联产系统的总体性能,更好地发挥联产系统的节能潜力,具有重要的工程指导意义。本文在学习和总结前人研究成果的基础上,运用有限时间热力学方法,对Brayton热电联产循环进行分析与优化研究。通过建立能够反映实际过程本质特征的相对理想化模型,优化不同Brayton联产循环的设计参数,分析各种联产循环的性能影响因素,比较不同联产循环性能。本文的主要研究内容及章节安排如下:第1章介绍了本文的研究背景、目的和意义。对有限时间热力学的研究现状及其在联产循环优化中的应用作了全面回顾,对热电联产技术的发展现状进行了简要介绍。定义了评价联产循环性能的指标:总有用能率和联产效率、总火用输出率和联产火用效率。在第2章、第3章和第4章中,将分别对内可逆简单开式Brayton联产循环、不可逆简单开式Brayton联产循环、不可逆回热开式Brayton联产循环进行分析与优化。通过建立不同联产循环的热力学模型,确定它们各自的有效压比参数范围,推导不同性能指标:效率与总有用能率、火用效率与总火用输出率等多种性能指标的计算公式,分析这些性能参数在一些特殊条件下的结果。通过寻找最佳的联产循环压比参数,实现对不同性能参数的优化。利用数值算例,分析不同性能参数及其优化结果随循环压比参数和循环电热比的变化规律。在第5章中,将对影响开式Brayton联产循环性能的各种因素进行分析,包括循环温比、用户温比、各种内部不可逆性,以及回热度等对联产性能及其优化结果的影响规律,分析提高联产性能的有效途径。在第6章中,将对相应条件下的不同循环性能进行比较,包括:动力循环与联产循环、可逆循环、内可逆循环与不可逆循环、简单循环与回热循环等不同循环之间的比较,分析它们之间的差别,以及它们各自适用的条件。联产的目的是为了节约能源和减少温室气体排放,在第7章中,将直接对开式Brayton联产循环进行能源节约与温室气体减排分析,推导不同联产循环的燃料能源节约率与温室气体减排率的计算公式,并简要分析其与循环设计参数之间的关系。利用前面理论研究的结果,将对以开式Brayton联产循环为基础的燃气轮机联产技术的节能潜力、节能条件以及优化设计区域等工程实际问题进行研究,并开发联产优化设计图,为联产优化设计提供工具。另外,本章还对以微型燃气轮机为基础的建筑冷热电联产系统的组合形式进行探讨,以便工程设计中能够合理地选择系统形式。闭式Brayton循环在核能利用和太阳能热电系统中有着很好的应用前景,因此,在第8章、第9章中,将分别对内可逆、不可逆闭式Brayton联产循环进行研究,通过建立闭式Brayton联产循环的有限时间热力学模型,推导闭式循环的火用输出率与火用效率的表达公式,分析它们随循环设计参数的变化规律,确定最优的压比参数。与开式Brayton联产循环不同,在闭式Brayton联产循环中,还存在着最佳热导分配问题,在第8、9章中,还将研究闭式Brayton联产循环的最佳热导分配和双重优化问题。另外,在第8章中,将对本文的研究结果与文献中的研究结果进行比较,指出文献中研究结果存在的问题及其产生的原因。最后,在第10章中,对全文进行总结,归纳本文的主要研究结论及主要创新点,展望下一步研究的方向。