本文在系统地了解和总结布雷顿热力循环性能优化研究现状的基础上,同时在恒温热源条件下,考虑了循环系统中换热器的热阻损失,以压气机和涡轮机的内效率表示循环系统的内不可逆性,不计管道和燃烧室的压力损失,通过理论分析和数值计算,对三种有关布雷顿及其联合循环系统的最优化性能进行了研究,得到了一些具有理论意义和实用价值的结论。本文主要由以下三部分组成：第一部分研究了焦耳-布雷顿功热并供循环系统的火用性能。考虑功和热是不同质的量,第二章首先分析了不可逆中冷模型,以无因次总输出火用为目标函数,分析了主要性能参数与无因次总输出火用及火用效率的关系。当压气机和涡轮机的效率处在一定范围内时,基本模型中添加中间冷却过程将提高原系统的火用效率,并通过优化换热器的热导率分配,得到了最大无因次总输出火用及其对应的火用效率。然后以火用效率为目标函数,对不可逆再热模型进行了分析,得到了最佳热导率分配方案和循环系统的最大火用效率以及相关的优化设计参数。第二部分研究了太阳能布雷顿热机的热效率性能。第三章首先建立了太阳能集热器和不可逆回热布雷顿热机组成的不可逆、回热太阳能布雷顿热机模型,以总效率目标函数,同时考虑了太阳能集热器的线性损失模型和辐射损失模型,通过优化太阳能集热器的工作温度和换热器的热导率分配,得到了最佳的太阳能集热器工作温度和热导率分配方案以及最大的系统总效率。接着建立了由太阳能集热器和内可逆中冷、回热布雷顿热机组成的内可逆中冷、回热太阳能布雷顿热机模型,着重研究了太阳能集热器线性损失模型下的总效率,得到了最佳的太阳能集热器工作温度,在此基础上,还得到了最佳运行中间压比。第三部分研究了布雷顿-逆布雷顿联合循环的生态学性能。第四章以生态学性能系数为优化目标,首先对内可逆模型进行了分析,在给定一级压缩比的情况下,优化了循环总压比,得到最优的生态学性能。然后对不可逆模型进行了分析,同样在给定一级压缩比的情况下,优化了一级膨胀比,得到了当一级膨胀比等于二级膨胀比时,该系统具有最优的生态学性能,并在此基础上,优化了系统的总压比,得到了双重最优生态学性能。最后讨论了主要性能参数对联合循环的生态学性能的影响,并与功率、效率、熵性能进行了比较。