有機朗肯循環(huán)渦旋膨脹機及發(fā)電系統(tǒng)的模擬與應(yīng)用研究.pdf

1、有機朗肯循環(huán)(ORC)是低品位熱能轉(zhuǎn)換利用的關(guān)鍵技術(shù)，而膨脹機是ORC系統(tǒng)的核心部件。為了研究渦旋膨脹機的容積效率和等熵效率的影響因素，并進(jìn)一步探究膨脹機的性能對ORC系統(tǒng)性能的影響，本文針對渦旋膨脹機展開了理論及應(yīng)用研究。
　　主要研究工作:
　　對渦旋膨脹機進(jìn)行理論研究，分析造成膨脹機做功損失的內(nèi)、外不可逆因素。分析容積效率、等熵效率的影響因素與計算方法。以額定進(jìn)氣量28.6m3/h，內(nèi)置容積比2.85的渦旋膨脹機為基礎(chǔ)

2、，采用VB程序建立渦旋膨脹機及ORC系統(tǒng)主要設(shè)備模型，利用實驗結(jié)果對膨脹機模型進(jìn)行驗證及誤差分析。模擬不同冷凝溫度下，分別使用干工質(zhì)R245fa和R124的兩種ORC系統(tǒng)性能隨膨脹機膨脹比的變化情況。設(shè)計搭建發(fā)電量6kW的ORC發(fā)電測試臺。
　　主要研究結(jié)果與創(chuàng)新:
　　(1)以某型號渦旋膨脹機參數(shù)為基礎(chǔ)，對建立的膨脹機半經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了實驗驗證，經(jīng)誤差分析得到:工質(zhì)出口溫度的絕對誤差低于3K，相對誤差小于1％;質(zhì)量流量的絕對

3、誤差小于0.004kg/s，最大相對誤差為小于1％;電功率的絕對誤差低于81W，相對誤差小于5％。對本文搭建的ORC發(fā)電測試臺進(jìn)行誤差分析，結(jié)果顯示測試臺電效率最大不確定度小于5％。各項指標(biāo)滿足精度要求。
　　(2)針對本文研究的特定渦旋膨脹機，擬合出了渦旋膨脹機容積效率和等熵效率的多項式表達(dá)式。容積效率與等熵效率可由轉(zhuǎn)速、膨脹比和工質(zhì)進(jìn)氣壓力決定的三元二次多項式計算得出。
　　(3) ORC系統(tǒng)的模擬結(jié)果顯示，在一定的冷熱

4、源溫度下，系統(tǒng)的性能隨膨脹機膨脹比有規(guī)律地變化。對于采用R245fa的ORC系統(tǒng)，冷凝溫度45℃，膨脹比為8時，系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功達(dá)到最大值2.13kW/(kg/s);冷凝溫度45℃，膨脹比為4.3時，系統(tǒng)的循環(huán)效率達(dá)到最大值6.89％;冷凝溫度25℃，膨脹比為3.1時，系統(tǒng)的(炯)效率達(dá)到最大值45.9％。對于采用R124的ORC系統(tǒng)，冷凝溫度35℃，膨脹比為5.6時，系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功達(dá)到最大值2.55kW/

5、(kg/s);冷凝溫度25℃，膨脹比為4.1時，系統(tǒng)的循環(huán)效率達(dá)到最大值7.36％;冷凝溫度25℃，膨脹比為2.6時，系統(tǒng)的(炯)效率達(dá)到最大值47.35％。在不同冷凝溫度下，兩種不同干工質(zhì)系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功隨著膨脹比的增大而增大，兩工質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)效率和(炯)效率均隨著膨脹比的增加而先增大后減小。
　　(4)模擬結(jié)果表明，過熱度對R245fa系統(tǒng)效率的影響很小，但對R124系統(tǒng)的影響較大。在相同的冷熱源溫度下，過熱度越