混合工質(zhì)有機朗肯循環(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題日益突出。我國有大量的低品位能源如工業(yè)余熱、地?zé)崮?、太陽能等，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。本文針對混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)以及ORC系統(tǒng)中的匹配問題，主要從熱力學(xué)基本理論出發(fā)分析整個系統(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)過渡至超臨界狀態(tài)時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”對新建模型分析研究。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）針對亞臨界混合工質(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，熱效率的變化趨勢不盡相同，當使用干工質(zhì)與濕工質(zhì)進行混合時，隨著組分比例的增大會使系統(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；膨脹機尺寸SP的值是ORC系統(tǒng)性能的一個重要指標，當濕工質(zhì)與濕工質(zhì)混合時，其膨脹機尺寸較小，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的凈功理論表達式；給出了?效率和熱效率的比值表達式，且表達式只與熱源入口溫度和溫降有關(guān)。
　?。?）對混合工質(zhì)ORC在近臨界區(qū)域的特性進行了研究。結(jié)果表明，各參數(shù)隨膨脹

5、機入口對比壓力的變化情況均不相同。由亞臨界狀態(tài)過渡至超臨界狀態(tài)時，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，系統(tǒng)熱力學(xué)參數(shù)會發(fā)生突變；當以系統(tǒng)的凈輸出功為優(yōu)化目標時，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。
　?。?）建立新的熱源匹配模型，分析冷、熱源與系統(tǒng)的匹配問題。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效不可逆損失三部分，

6、分別計算熱源出口溫度、蒸發(fā)器和冷凝器窄點溫差對各部分損失的影響。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)器窄點溫差和冷凝器窄點溫差三種影響因素對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)器窄點溫差其次，冷凝器窄點溫差影響最小。其中，蒸發(fā)器窄點溫差對冷凝器中各種有/無效不可逆損失影響甚小，而冷凝器窄點溫差對對蒸發(fā)器中各種有/無效不可逆損