有机工质热稳定性的离解能预测方法

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在可再生能源和工业余热等领域有着广泛的应用,目前热源温度范围更高的超临界ORC由于其高效率、低损失等优势得到广泛的关注。随着热源温度的提高,有机工质的热稳定性成为更为重要的工质性质,是工质筛选工作中需要首先确定的关键因素。目前针对有机工质热稳定性的研究主要集中在实验方面,而要对上百种适用工质进行筛选,合适的理论预测方法是必要的。本文提出了一种对有机工质热稳定性进行预测的离解能预测方法,可以实现对于不同种类有机工质热稳定性的理论预测。计算结果表明工质的最小离解能能够很好的表征工质热稳定性的相对大小;同时选择HFE7100作为验证对象对预测方法进行实验验证,发现实验结果与预测结果相符合。同时通过对最小离解能的计算对不同官能团对工质热物性的影响以及不同种类工质在超临界ORC中的适用性进行了分析讨论。     

正戊烷热稳定性和材料相容性对超临界ORC系统设计的影响

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在可再生能源和工业余热领域都有着良好的应用前景,特别是超临界ORC系统目前得到广泛关注。工质的热稳定性和材料相容性是工质的重要物性,对系统设计有很大的影响。本文以正戊烷为例,对热稳定性和材料相容性对超临界ORC系统设计的影响进行研究。提出了一种冷凝器改造装置方案,并建立ORC系统仿真模型对其改善效果进行验证;计算结果表明本文提出的改造方案可以明显改善正戊烷热分解带来的负面影响。同时对中高温工况下正戊烷的材料相容性进行实验研究。实验结果表明,304不锈钢相对铜材料有更优的相容性,从材料相容性角度来说是更合适的蒸发器材料。三元乙丙橡胶(EPDM)被证明会吸收正戊烷,因此不能用于正戊烷超临界ORC系统中;聚四氟乙烯(PTFE)相比氟橡胶(FKM)有更优的相容性,从材料相容性角度来说是更合适的膨胀机出口密封材料。     

R1233zd(E)热稳定性及热解机理的实验和理论研究

有机朗肯循环(ORC)是一种前景广泛的热电联产技术,R1233zd(E)是一种在ORC中表现良好的环保型有机工质,有机工质的热稳定性对于工质在ORC中的应用至关重要。本文采用实验和理论方法对其热稳定性及热解机理进行了研究。采用高温高压反应釜研究了热解气态产物、热解固态产物、热解温度区间和压力对热解的影响等。通过ReaxFF模拟方法研究了工质的主要热解路径、压力和分子结构对热解的影响。结果表明,R1233zd(E)热解的主要气态产物是HF和HCl,热解中有黑色固体生成,R1233zd(E)的热解温度区间为250～270?C,压力对R1233zd(E)热解速率无明显影响, R1233zd(E)的热解路径主要有均裂反应和抽提反应两大类。     

内燃机余热回收有机朗肯循环系统研究综述

有机朗肯循环(Organic Rankine cycle, ORC)系统是一种回收内燃机余热的有效方案之一,目前受到越来越多的关注。由于内燃机余热形式多样,温度梯度大且存在变温特性,基本有机朗肯循环用于回收内燃机余热有一定难度。本文对内燃机有机朗肯循环系统的相关研究进行了综述,以余热最佳匹配循环为基础,分别从工质和系统结构方面对比分析了超临界ORC,混合工质ORC,双回路ORC和添加额外回路ORC四种方案。采用温熵(T-S)图映射法,根据有机朗肯循环与理想循环的接近度,总结了多种有机朗肯循环系统用于内燃机余热回收的潜力。分析发现在相同的循环系统下,具有较高临界点的工质和有较大的温度滑移的混合工质更有优势,相同工质下,双回路ORC和添加额外回路的ORC是解决内燃机余热波动的合理方案之一。     

MM工质热分解及其对ORC系统影响的研究

热稳定性是限制有机工质在有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)使用的重要因素。硅氧烷类工质具有低毒环保、化学性质稳定等优点,适用于150~350℃热源。本文研究了六甲基二硅氧烷(MM)工质热分解的特点及其对ORC系统的影响,结果表明,MM的热分解产物为硅氧烷类化合物及微量气态小分子碳氢化合物;热分解将导致系统性能下降,分解量足够大时,会出现蒸发器换热不充分导致膨胀机入口处工质干度低于1从而影响机组安全的问题。     

有机朗肯循环系统及其透平设计研究

本文对可用于工业低温余热回收的有机朗肯循环(ORC)热力系统进行简述,采用热力学第一定律、热力学第二定律分析ORC热力系统及其效率,并对有机工质动力透平的特点及设计造型进行概述。最后采用F11,R123,R245ca,R600和R600a为工质,设计有机朗肯系统回收某一工业余热,并以R123为工质进行有机工质透平的气动设计、造型设计和CFD模拟计算研究,并对透平进行造型优化。研究表明,以R123为工质的有机朗肯循环系统能有效可靠利用该工业余热,所设计的有机工质透平基本达到设计要求,透平造型的优化设计能有效改善透平叶轮内部流动。     

化学热力学方法对工质热稳定性的预测与实验验证

利用150~350℃热源范围的中高温有机朗肯循环在可再生能源和工业余热利用领域具有广泛的应用前景。但是在中高温热源温度下,有机工质可能会发生热分解,因此热稳定性成为中高温有机朗肯循环工质筛选的首要限制条件。本文提出一种化学热力学方法来对有机工质的热稳定性进行预测。首先通过理论分析给出可能的反应途径;再选择吉布斯函数作为指标,计算各反应中ΔG=0时的温度,以最小值Tg作为表征热稳定性的参数。通过与已有的实验结果比较,发现不同有机工质Tg值的相对大小关系与热分解温度的相对大小关系基本一致。使用化学热力学方法对R152a的热分解温度范围进行预测并设计实验进行验证,实验结果与预测结果相符合。     

循环参数对微型有机朗肯循环系统性能的影响

为探究ORC系统循环参数对系统性能的影响,以R123为工作流体,在热力学分析的基础上对微型ORC系统建立数学模型,探究工质质量流量、冷却水流量以及热源温度对ORC系统性能特征的影响,结果表明三者的增加均能提升系统循环净功、循环热效率、发电功率以及发电效率,从而有助于提高系统的热力性能,系统循环净功与发电功率最大值分别为0.558 kW、0.167 kW;系统所达到最大热效率和最大发电效率分别为8.96%和2.61%。     

联合液化空气储能的有机朗肯循环研究

有机朗肯循环(ORC)是中低温余热资源的一种有效利用方式,但其平均吸、放热温度差值较小,使得系统的循环效率不高,经济性不够理想,从而严重制约其发展.液化空气储能(LAES)是近年兴起的一种新型储能技术,其电力恢复阶段需要热量的输入。若通过合理的设计,将液化空气储能技术与ORC技术相结合,则可降低现有ORC系统的冷凝温度,提升其发电效率.本文以基本的ORC循环系统为基础,对比分析了丙烷、R-134a及R-22三种工质在常规冷凝和结合液化空气储能技术冷凝条件下的循环性能.结果表明,联合液化空气储能的ORC循环效率大幅高于常规ORC。     

超临界ORC系统综合性能优化

应用有机朗肯循环(ORC)进行低温余热的回收,不但注重其热力学性能还要考虑其经济性。本文分别选取R125和R143a作为超临界ORC的工质,采用EES软件,应用四种综合性指标对超临界ORC参数包括膨胀机进口压力、冷凝温度和换热器夹点温差进行了优化。结果表明,在工业锅炉中常见的排烟温度423.15 K的条件下,采用F_4作为综合指标进行优化时,获得的循环参数最好,适宜作为超临界ORC的优化指标;以F_4作为目标进行优化,超临界ORC膨胀机进口参数和冷凝温度都存在优化值;当蒸发器和冷凝器夹点温差固定其中一个时,另外一个可能存在优化的状况;当蒸发器和冷凝器夹点温差之和固定为某一值时,蒸发器和冷凝器夹点温差存在优化的分配。     

低温地热有机朗肯循环混合工质设计初探

地热作为一种在地球上广泛分布的可再生能源,可利用的温度较低。有机朗肯循环ORC是一种有效的利用低温热能发电的途径。对于不同温度的热源,采用合适的工质,可以提高系统的发电效率,因此工质的选择是关键。本文针对170℃,150℃,130℃的热源,构建了适合的五种混合工质,并进行了热力循环、环保性和安全性的计算。结果表明,与纯工质相比,混合工质可以平衡环境、安全以及系统性能等多方面的要求,达到综合最优的效果。     

基于HFOs工质的有机朗肯循环系统热经济性能分析

本文建立了150℃地热水驱动的有机朗肯循环(ORC)系统热经济性能分析模型,对7种氢氟烯烃类(HFOs)工质和3种含HFOs的混合工质开展优化分析。以系统净现值(NPV)为优化目标,采用遗传算法对蒸发温度、过热度、蒸发/冷凝过程夹点温差和冷源出口温度等五个系统参数进行优化,分析各参数对系统热经济性能的影响。并将HFOs工质的热经济性能与R134a、R600a和R245fa进行对比。结果表明,R515A和R1234ze(E)的热经济性能最优,且均优于三种对比工质;其中,R515A的系统净输出功最大,R1234ze(E)的NPV最大,而R452B和R1234yf的热经济性能较差。     

基于实际换热的ORC亚/跨临界综合评价

本文以有机朗肯循环(ORC)跨临界与亚临界工质换热特性最新研究成果为基础,采用热力学指标热源回收(火用)效率,以及经济学中的净现值(NPV)概念,结合换热面积分析,建立了考虑实际换热情况的热力学及经济性模型,更合理、更全面地对亚临界循环与跨临界循环的热力学性能和经济性进行了统一分析,为工程实际中亚临界和跨临界的选择提供...     

发动机余热利用蒸气动力循环的工质筛选

本文针对汽油发动机余热温度的特点,采用有机Rankine循环(Organic Rankine Cycle,ORC)回收发动机的排气和冷却水废热。利用计算机程序对循环中各主要状态点的热力参数和热力性能进行了理论计算,确定了最佳参数值,进行了有机工质的筛选。最终选定环戊烷和R113作为发动机余热回收利用蒸气动力循环的工质。     

混合工质内复叠节流制冷机的分析及初步实验研究

本文对采用多元非共沸混合物工质的内复叠节流制冷循环进行了热力分析.采用分析的方法对制冷循环各部件进行了分析,同时比较了混合工质一次节流循环和内复叠循环热力性能.同时文章报道了混合工质内复叠节流制冷机的初步整机性能测试实验结果.     

HFC245fa作为有机朗肯循环工质的热稳定性和材料相容性研究

对于中高温热源,有机朗肯循环是一种高效灵活的能量回收利用方式。但在中高温热源的温度范围内,有机物可能会发生热分解,因此有机工质的热稳定性成为制约工质筛选的首要因素。HFC245fa因为其良好的热力性能和环保性,被认为是有良好应用前景的有机朗肯循环工质。本文主要对HFC245fa的热稳定性和材料相容性进行实验研究。结果表明,HFC245fa的热分解温度在300~320℃之间,且铜和铝对HFC245fa的热分解都有明显的催化作用。同时HFC245fa也会改变部分材料的物理性质,同时在材料表面产生积碳。     

R134a/R125混合工质管外沸腾换热特性研究

对水平管外纯R134a和三种不同浓度的R134a/R125混合工质池沸腾换热性能进行了试验研究。在试验研究的基础上对二元混合工质的沸腾换热进行理论分析,并提出了二元混合工质的沸腾换热预测关联式。在实验范围内,实验值与预测值的最大偏差不超过±20%,可以满足工程应用的需要。     

低温共沸混合工质HC170/HFC23池沸腾传热实验研究

实验测量了新型共沸混合工质HC170/HFC23的池核沸腾传热特性.加热面为紫铜表面,实验测量的压力范围为0.1 ～0.5MPa,热流范围为10 ～300 kW/m2.实验结果与传统的低温共沸混合工质R503和R508B的实验数据进行了比较,发现新型共沸工质HC170/HFC23的传热系数与R503相近并高于R508B.同时用现有的经验关联式对实验结果进行了预测,并对预测结果进行了分析.     

可燃制冷剂惰化机理及实验研究

制冷剂的可燃性在一定程度上限制了其使用范围。通过基团贡献法分析了阻燃剂对可燃工质的抑制系数,结合燃烧学理论,对火焰传播速度和卤素工质的浓度变化关系进行了分析,得到了混合工质中阻燃剂的最小惰化浓度理论估算公式。对二元混合工质爆炸极限进行了实验研究,结果表明,可燃制冷剂在化学计量浓度下,当火焰传播速度准确时,理论估算值和实...     

混合工质在J-T制冷器中的实验研究

通过对混合工质的设计计算 ,初步确定了混合工质的配比 ,并经实验分析其结果 ,证明与原先设想较为吻合 ,达到了实验目的