低溫熱源噴射式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)理論與實驗研究.pdf

1、太陽能、地熱能以及工業(yè)余熱等低溫熱源(<200℃)具有儲量大、種類多、品質(zhì)低等特點，很難被傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備集中高效利用。在能量轉(zhuǎn)化過程中，大量低品位熱能被直接排放，造成了能源的巨大浪費。近年來，伴隨著社會經(jīng)濟發(fā)展與能源供給矛盾的日益顯現(xiàn)，低溫熱源引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　 低品位熱能利用是節(jié)能領(lǐng)域研究中的熱點問題。近期，國內(nèi)外諸多學(xué)者針對低溫熱源(<200℃)，相繼提出一些發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)。這些循環(huán)可以將低品位熱能轉(zhuǎn)化

2、為電量和冷量輸出，為低溫熱源的有效利用開辟了新的途徑。根據(jù)工作原理不同，目前這些發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)可以分為如下兩類：(1)吸收式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)；(2)噴射式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)。這兩類循環(huán)在發(fā)電制冷過程中各具特點。本文以低溫熱源熱利用為背景，針對噴射式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)進行了深入的理論和實驗研究。主要的研究內(nèi)容包括：
　　 (1)以低品位熱能利用為背景，提出一種低溫熱源噴射式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)。該循環(huán)采用安全環(huán)保的有機物工質(zhì)，將朗肯循環(huán)

3、與噴射式制冷循環(huán)相結(jié)合，可以將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電量和冷量輸出。從熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律角度，對循環(huán)的熱力過程進行理論分析，得到該復(fù)合循環(huán)在能量轉(zhuǎn)化過程中的工作特點。在此基礎(chǔ)上，對低溫熱源發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)效率評價體系進行討論。
　　 (2)以渦旋式膨脹機和噴射器為核心部件，建立噴射式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)熱力學(xué)模型。著重對渦旋式膨脹機和“定壓混合”噴射器的建模過程進行了分析討論。利用Matlab和Refprop軟件編寫系統(tǒng)仿真程

4、序，并建立系統(tǒng)仿真方法。
　　 (3)運用仿真程序?qū)娚涫桨l(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)的工作性能進行分析計算。分析了循環(huán)各主要設(shè)計參數(shù)，關(guān)鍵部件設(shè)計參數(shù)，熱源條件對循環(huán)工作性能的影響。結(jié)果表明，噴射式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)可以有效的將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電量和冷量，且與吸收式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)相比具有制冷量較大的特點。
　　 (4)運用仿真程序?qū)娚涫桨l(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)工質(zhì)選擇問題進行討論分析。以太陽能熱利用為背景，從循環(huán)效率、工作壓力范圍、對關(guān)

5、鍵部件影響、環(huán)保特性等方面對20種工質(zhì)的工作性能進行了分析比較。指出了R123，R600a，R245fa等一些臨界溫度相對較高的有機物工質(zhì)比較適于在該復(fù)合循環(huán)中使用。
　　 (5)首次建立kW級低溫熱源噴射式發(fā)電制冷實驗裝置，初步驗證了該復(fù)合循環(huán)運行原理的可行性。應(yīng)用一維“定壓混合”噴射器設(shè)計理論設(shè)計加工噴射器。以R600a為工質(zhì)，對實驗裝置單獨發(fā)電、單獨制冷、同時發(fā)電制冷三種模式下的工作性能進行了實驗研究，為低品位熱能利用積累