耦合低温热源的亚临界有机朗肯循环系统参数优化

以亚临界有机朗肯简单循环为研究对象,理论分析得到影响系统性能的独立变量:膨胀机进口温度、进口压力、冷凝温度和热源出口温度。当给定冷凝温度且以蒸发器窄点温差为约束变量时,独立变量减少为膨胀机进口温度和进口压力。在此基础上,以耦合低温热源时的系统热效率作为评价指标,对8种常用有机工质的亚临界简单系统性能的变化规律进行分析,得到循环系统全局最优性能的运行参数。结果表明:系统热效率由循环热效率和热源效率共同决定,采用有机工质R236fa、R123和R236ea的循环热效率相对较高;由于热源的耦合作用,采用有机工质R236fa、RC318和R236ea的系统热效率相对较高。     

ORC换热设备结构与操作参数多目标同步优化

随着全球性的能源紧缺和环境问题日益严重,通过充分利用可再生能源和工业余热资源,从而提高能源利用效率是缓解能源和环境问题的重要方式。有机朗肯循环(ORC)是最有应用前景的低品位热能发电技术之一。本文针对ORC系统建立了结构参数和系统操作参数同步优化的换热设备多目标优化模型,采用R245fa为工质和板式换热器,以效率最大和比投资成本最小为目标函数。首先分析了单个变量(蒸发压力、冷凝压力、过热度、蒸发器板间距、冷凝器板间距)对系统性能的影响,然后选取了系统的运行参数(蒸发压蒸发压力、冷凝压力、过热度)和换热器的结构参数(蒸发器和冷凝器的板长、板宽、板间距)九个参数为决策变量,利用遗传算法进行ORC换热设备结构与操作参数多目标同步优化,获得多目标优化的Pareto最优前沿及对应的最优系统运行参数和最佳换热器结构参数组合。     

利用LNG冷能与工业余热的有机朗肯循环研究

本文提出用有机朗肯循环同时回收LNG冷能和工业余热,选择乙烷作为工质,对循环进行了详细的热力分析.分析结果表明,随着蒸发压力的升高,循环热效率及做功量都增大;当蒸发器出口温度低于240℃,蒸发压力取值较高时,冷凝器会出现不允许出现的负夹点温差,冷凝器换热不足,换热后不能使LNG达到汽化的最终温度;利用温度低于260℃的工业余热与LNG冷能时,为解决原循环高压力下冷凝器的换热不足问题,需在原循环的基础上增加一个换热器。     

基于当量热阻的ORC工质选择方法研究

根据有机朗肯循环(ORC)蒸发器中夹点出现的位置,将其换热过程分为夹点出现在预热起始点(PPP)、夹点出现在工质汽化起始点(VPP)、以及夹点同时出现在预热起始点和汽化起始点(PVPP)三种情况,定义吸热工质和热源流体的热容流率之比为热容比ε,经分析发现PPP,PVPP,VPP三种换热过程分别对应ε1,ε=1,ε1的情况,即可用ε判断夹点出现的位置.讨论夹点温差一定时,热源温度和蒸发温度对夹点位置的影响,发现随着热源温度和蒸发温度的升高,蒸发器的换热过程逐渐由VPP(ε1)变化到PVPP(ε=1)再变化为PPP(ε1).使用基于(火积)耗散率定义的当量热阻来度量换热过程的不可逆性,对比分析三种换热过程对热回收量和当量热阻的影响情况,发现换热过程为PVPP(ε=1)时蒸发器热回收量最大、当量热阻最小.最后对于热源条件确定的蒸发器,以ε=1为目标函数,同时对循环工质和运行参数进行优化。     

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。     

蒸发器夹点温差对ORC系统性能影响的研究

为研究蒸发器夹点温差对有机朗肯循环系统性能的影响,本文运用Aspen Plus建立系统模型,研究了不同工质(R245fa、R1234ze、R1234yf、R134a、R600a)和热源温度(105～165℃)对有机朗肯循环系统的热力性能的影响;此外,选取净输出功率、■效率、热效率和自定义的综合评价指标f(x)来衡量系统的性能。结果表明:随着夹点温差的增大,系统净输出功、■效率和热效率均降低,而f(x)值先降低后升高,即存在最优夹点温差。R134a、R1234yf、R1234ze、R600a、R245fa五种工质对应的最优夹点温差分别为18、9、12、15、15℃,其中R245fa的f(x)值最小,性能最佳。此外,工质为R245fa时,当热源温度为105℃时,系统性能最佳,最优夹点温差15℃。     

混合工质有机闪蒸循环热力学分析

有机朗肯循环(ORC)是将中低品位能源转化为有用功的有效途径。传热过程不可逆损失大是导致ORC系统效率低的重要原因,基于混合工质的有机闪蒸循环(OFC)可以同时优化蒸发器和冷凝器换热过程的温度匹配,有望进一步提升ORC系统效率。本文选取R245ca/cyclopentane、pentane/isohexane等4种混合工质,通过热力学分析对比了200℃的饱和水为热源驱动下的混合工质ORC和OFC性能,获得了混合工质质量分数和热源出口温度对系统效率的影响。发现降低热源温度能显著提高OFC系统效率,而ORC系统存在最优热源出口温度。优化热源出口温度后,混合工质OFC系统效率能与ORC系统相当甚至在一定质量分数范围内超越ORC系统,其中,混合工质neopentane/cyclopentane质量分数为0.6时,OFC最高效率达到46.87%。     

R1270/CO_2复叠式制冷系统热力学分析

针对R1270/CO_2复叠式制冷系统,通过能量及分析的方法,分析了低温级冷凝温度、系统蒸发温度、系统冷凝温度以及冷凝蒸发器传热温差对系统COP、损I和质量流量的影响。分析结果表明,在其他变量一定的条件下,存在确定的低温级冷凝温度使系统COP最大,总损最小;适当的升高系统蒸发温度和降低系统冷凝温度,以及减小冷凝蒸发器传热温差,可以增大系统COP和降低损;R1270高温级部件和冷凝蒸发器的损占总损比例较大,需对其进行重点优化。降低低温级冷凝温度和系统冷凝温度,提高系统蒸发温度可以减少系统中R1270的充注量。     

边界条件对非共沸混合工质有机朗肯循环的影响

有机朗肯循环是利用低温热源的有效措施之一,将非共沸混合工质应用于有机朗肯循环尚存在争论。从热力学角度研究了非共沸混合工质的选择与边界条件之间的关系,以典型的对称型混合工质R601a/R600和非对称型混合工质R245fa/R600a为例,以带内置热交换器的有机朗肯循环为研究对象,以系统净功最大化为目标,分析了冷凝泡点温度和冷却水温升固定时混合工质的最佳浓度及系统性能。研究结果表明不同边界条件的应用对非共沸混合工质的选择具有重大影响。当固定的冷凝泡点温度被采用时,非共沸混合工质的温度滑移现象会降低系统净功,当冷却水温升固定时,温度滑移的适当提高有利于系统净功的增加,但过高的温度滑移会降低系统净功。冷凝泡点温度等于冷却水初温和冷凝器节点温差之和时所对应的净功曲线对系统设计具备指导意义。     

NH_3/CO_2复叠式制冷循环系统的热力性能分析

为研究NH_3/CO_2复叠式制冷系统的热力性能,寻求最佳的运行参数,建立了NH_3/CO_2复叠式制冷循环数学模型,并对系统的运行参数进行了理论计算。基于计算数据,对低温端蒸发温度、冷凝蒸发器内传热温差、低温端冷凝温度及高低端质量流量与COP的相关性进行了分析,讨论了这些参数对COP的影响。研究结果表明:低温端蒸发温度、冷凝蒸发器内传热温差及高低端质量流量与COP存在显著相关性。     

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。     

以R600A为工质的分离式热管的实验研究

对分离式热管的整体热量传递特性进行了实验研究。以蛇形翅片管作为冷凝段和蒸发段进行热管实验,探讨了蒸发器进风面风温及分离式热管蒸发器与冷凝器之间高度差、工质充注量对分离式热管的影响。实验表明,随着蒸发器进风温度的升高,蒸发器与冷凝器换热系数都是呈现先增大后减小的趋势。在冷凝端进风温度恒定为16.55℃、蒸发端进风温度低于60℃时,以R600A为工质的分离式热管的传热量曲线近似于二次曲线,蒸发端进风温度高于60℃时,其传热量曲线近似于一条直线。加大充液率及增加蒸发器与冷凝器的高度差,分离式热管的传热能力均会得到提高。     

R22与其替代工质的性能比较与分析

1前言传统的单工质蒸气压缩理论循环分析认为在冷凝器和蒸发器中,制冷剂的冷凝温度和蒸发温度等于相变温度,而忽略了压缩机进出口的过热段以及冷凝器出口过冷段的温度变化,直接造成了人们对回热循环和过热循环的认识偏差,产生了许多误解,其评价标准是有缺陷的。本文以变温热源的可逆循环为基础,考虑了在实际中是可以利用的过热段以及过冷段的温度变化,假设在冷凝器和蒸发器中,制冷剂与外界高、低温热源无换热温差,使循环更接近可逆循环。以此为基础的当量温度法可完善单工质的理论循环分析,同时可用于朗肯循环与劳伦兹循环之间的…     

R410a双级制冷循环性能研究

基于两级节流、中间完全冷却的R410a双级制冷循环,建立了热力学模型并进行了性能分析。结果表明,随着双级循环中间压力的升高,系统制冷量和耗功均降低,系统COP先升高后降低,系统存在最优中间压力,并且对应最优中间压力存在最优中间温度。与单级循环相比,双级循环的高压级压缩机排气温度低于单级循环的排气温度,约低35.47℃,双级循环系统COP提高了约7.41%。■分析表明,蒸发器■损失最大,约占总■损失的42.78%,其次,冷凝器■损失占32.50%;压缩机■损失最小,约为16.70%,其中,低压级压缩机■损失比高压级压缩机高约28.60%。由双级循环中膨胀机代替节流阀循环的分析得出,膨胀机循环性能COP比节流阀提高了约42.24%,■损失降低约23.74%,膨胀机循环无论在参数优化还是性能改善方面,均比节流阀循环具有一定优势。     

应用于低温领域的双温复叠式制冷循环

双温复叠式制冷循环可以用于低温领域中需要提供两个不同制冷温度的场合。首先介绍了双温复叠式制冷循环的原理和组成,然后建立了双温复叠式制冷循环的热力学模型,通过热力计算分析了冷凝温度、低温部分蒸发温度、蒸发冷凝器传热温差、流经高低温蒸发器质量流量比、过热度和过冷度对该循环性能的影响。     

有机朗肯循环与吸附制冷串级连接的可行性研究

提出了一种新型串级连接,即将有机朗肯循环(ORC)与氯化钙/氯化钡两级吸附式制冷机组串联起来。ORC系统工质选为R245fa,假设等熵效率与功电转化效率乘积为0.4,当膨胀机进口压力从0.6 MPa变化到1.1 MPa,能量效率、效率、发电量变化范围分别是3.9%~5.5%、34%~31.5%、392~600 W,如果增加回热器后,能量效率从4.2%变化到6.0%;利用压缩空气模拟工质R245fa推动膨胀机,当进口压力为1 MPa时,膨胀机的等熵效率与功电转化效率乘积是0.53,发电量为300 W;两级吸附式制冷系统,当热源温度从75℃变化到95℃,制冷量、能量效率及媚效率变化范围分别是1.42~2.2 kW、13.4%~16.8%、18.1%~16.6%;有机朗肯循环与两级吸附制冷串连起来,热源温度为98℃时,系统总的能量效率为11.8%,媚效率为23.7%,发电量为560 W,制冷量是2.2 kW.     

NH3/CO和R507/CO2复叠式制冷系统性能模拟分析

建立了NH_3/CO_2和R507/CO_2复叠式制冷系统热力学模型,并改变冷凝蒸发器换热温差、低温级蒸发温度和高温级冷凝温度来研究两种系统的性能。结果表明,冷凝蒸发器换热温差对R507/CO_2复叠式制冷系统效率影响更大,相同工况下,R507/CO_2复叠式制冷系统的COP略低于NH_3/CO_2复叠式制冷系统,但R507/CO_2复叠式制冷系统随低温级蒸发温度升高的增长速率较大,随高温级冷凝温度增长而降低的速率较小,且R507制冷剂比NH_3制冷剂更加安全,可以通过降低冷凝蒸发器换热温差,提高低温级蒸发温度,降低高温级冷凝温度的方法来提高复叠式制冷系统COP。     

热泵空调用冷凝器的匹配设计与仿真分析

针对纯电动客车热泵空调用翅片管式冷凝器的匹配设计,利用MATLAB自主编写了一套通用的仿真设计程序,并且在消除冷凝器具体结构影响的条件下,基于谷轮ZW79KAE涡旋压缩机的工作性能,运用该程序仿真分析了设计参数对设计结果的影响。结果表明:冷凝温度一定时,总传热系数和空气流量随空气进出口温差的减小而增大,且总传热系数的增长趋势逐渐减缓,当温差每减小1K时,总传热系数增大约5%,流量增大约15%;空气进出口温差一定时,冷凝器设计热负荷和总传热面积随冷凝温度的降低而增大,当冷凝温度从323.15K降低至318.15K时,总传热面积增大约30%。     

超临界CO_2部分预冷循环特性分析及优化研究

针对超临界二氧化碳部分预冷循环,建立了循环热力学模型和经济学模型,分析了循环关键参数对循环效率和系统成本的影响。将透平进口温度、循环压比和换热器窄点温差作为优化变量,以系统的效率最大和成本最小为优化目标,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行多目标优化,获得优化解集的Pareto曲线。结果表明;超临界二氧化碳部分预冷循环是一种高效率的热力循环;在给定条件下,减小窄点温差、提高热源温度、提高透平和压气机的等熵效率可以增加系统效率,增大循环压比、降低热源温度、增加窄点温差可以降低系统成本;优化所得到的系统效率和成本呈同时增加的关系,需要从工程实际情况考虑来选取最优方案。     

基于热力学第二定律的有机朗肯循环效能分析北大核心

利用烟气余热驱动有机朗肯循环,可以实现对其余热的综合梯级高效利用。以100℃~150℃烟气余热高效梯级利用为研究目标,综合考虑工质的热物性、安全性和环保性的影响,选取R113,R123,R11,R141b,R600,R245fa六种制冷剂作为有机朗肯循环的工质。基于热力学第二定律分析了六种工质参与的简单有机朗肯循环的效能,研究了热源温度对系统循环性能参数的影响。研究表明,有机朗肯循环的不可逆损失主要集中在蒸发器和膨胀机部分,冷凝器和水泵的损失较小,基本可以忽略;蒸发器部分损失最大,基本达到了总不可逆损失的一半。