混合工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)與熱源匹配關(guān)系的研究.pdf

1、隨著化石燃料的大量消耗，環(huán)境污染與能源短缺問(wèn)題日益突出。我國(guó)有大量的低品位能源如工業(yè)余熱、地?zé)崮?、太?yáng)能等，將低品位能源有效地轉(zhuǎn)換為電能，可降低環(huán)境污染、提高能源利用效率。有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)（ORC）在利用低品位熱能轉(zhuǎn)換為電能方面有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為提高能源利用率的有效途徑。
　　由于混合工質(zhì)較純工質(zhì)具有非等溫相變的物理特性，其能與冷、熱源的吸放熱過(guò)程更好的匹配，減少了不可逆損失，提高了系統(tǒng)的熱效率，因此混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)逐漸

2、受到了人們的重視。本文針對(duì)混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)以及ORC系統(tǒng)中的匹配問(wèn)題，主要從熱力學(xué)基本理論出發(fā)分析整個(gè)系統(tǒng)的特性，給出了亞臨界混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)的凈功理論表達(dá)式；研究混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)在近臨界狀態(tài)附近的特性，分析由亞臨界狀態(tài)過(guò)渡至超臨界狀態(tài)時(shí)ORC系統(tǒng)性能的變化規(guī)律；建立新的ORC系統(tǒng)熱源匹配模型，分析熱效率與?效率的關(guān)系，采用“面積分析法”對(duì)新建模型分析研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）針對(duì)亞臨界混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)，選取不同

3、類型的工質(zhì)：干工質(zhì)、等熵工質(zhì)、濕工質(zhì)進(jìn)行兩兩組合，分析系統(tǒng)熱效率、?效率、凈輸出功、不可逆損失、膨脹機(jī)尺寸（SP）、工質(zhì)質(zhì)量流量等參數(shù)隨組分比例的變化。研究結(jié)果表明，隨著組分比例的逐漸增加，工質(zhì)在某一組分存在最大凈輸出功；當(dāng)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度越接近工質(zhì)的臨界溫度，系統(tǒng)的凈輸出功就越大；系統(tǒng)的熱效率隨組分比例的變化差異較大，不同工質(zhì)隨著組分比例的增大，熱效率的變化趨勢(shì)不盡相同，當(dāng)使用干工質(zhì)與濕工質(zhì)進(jìn)行混合時(shí)，隨著組分比例的增大會(huì)使系統(tǒng)的熱效率

4、存在最大值，而其余組合則逐漸減小，這為工質(zhì)的選擇指明了方向；膨脹機(jī)尺寸SP的值是ORC系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)濕工質(zhì)與濕工質(zhì)混合時(shí)，其膨脹機(jī)尺寸較小，而干工質(zhì)與干工質(zhì)、干工質(zhì)與等熵工質(zhì)的組合，其膨脹機(jī)尺寸較大。另外，從熱力學(xué)基本理論出發(fā)，給出了亞臨界混合工質(zhì)ORC的凈功理論表達(dá)式；給出了?效率和熱效率的比值表達(dá)式，且表達(dá)式只與熱源入口溫度和溫降有關(guān)。
　　（2）對(duì)混合工質(zhì)ORC在近臨界區(qū)域的特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，各參數(shù)隨膨脹

5、機(jī)入口對(duì)比壓力的變化情況均不相同。由亞臨界狀態(tài)過(guò)渡至超臨界狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的熱效率是連續(xù)變化的，而?效率、凈功、不可逆損失等參數(shù)均不連續(xù)；在近臨界狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)熱力學(xué)參數(shù)會(huì)發(fā)生突變；當(dāng)以系統(tǒng)的凈輸出功為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，近臨界狀態(tài)附近的凈輸出功更大，且混合工質(zhì)的凈輸出功大于純工質(zhì)的。
　　（3）建立新的熱源匹配模型，分析冷、熱源與系統(tǒng)的匹配問(wèn)題。采用“面積分析法”，把不可逆損失分為匹配有效不可逆損失、預(yù)熱有效不可逆損失和無(wú)效不可逆損失三部分，

6、分別計(jì)算熱源出口溫度、蒸發(fā)器和冷凝器窄點(diǎn)溫差對(duì)各部分損失的影響。結(jié)果表明，混合工質(zhì)中不可逆損失小于純工質(zhì)的原因，主要是由于蒸器和冷凝器中的無(wú)效不可逆損失小于純工質(zhì)的。本文研究的熱源出口溫度、蒸發(fā)器窄點(diǎn)溫差和冷凝器窄點(diǎn)溫差三種影響因素對(duì)各種不可逆損失及凈功的影響中，熱源出口溫度影響最大，蒸發(fā)器窄點(diǎn)溫差其次，冷凝器窄點(diǎn)溫差影響最小。其中，蒸發(fā)器窄點(diǎn)溫差對(duì)冷凝器中各種有/無(wú)效不可逆損失影響甚小，而冷凝器窄點(diǎn)溫差對(duì)對(duì)蒸發(fā)器中各種有/無(wú)效不可逆損