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。     

低温热能有机朗肯循环工质选择及性能分析

工质的性能是影响有机朗肯循环性能的重要因素之一。基于工质热力性质、环保性等要求,选择R123、R600a、R601a、R245fa、R236ea、R245ca、R142b及R601作为循环工质,在不同的蒸发温度下,对其热力循环性能进行计算分析,从热效率、系统净输出功、效率等方面进行比较。结果表明:R123是适合低温热能有机朗肯循环系统的循环工质。同时研究分析了膨胀机进口温度和进口压力对系统性能的影响,发现工质以饱和蒸汽状态进入膨胀机膨胀做功,可以使系统性能达到最佳。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

地热温度对有机朗肯循环系统性能的影响研究

本文基于R123、R245fa和异戊烷工质对中低温地热能有机朗肯循环发电系统的性能影响进行了分析,在地源热水温度为90~140℃时,计算冷凝器、蒸发器换热量、泵功率及系统的热效率、损失、不可逆损失等。结果表明:地热源温度越高,系统热效率越高,且同一热源温度下,异戊烷作为工质的系统热效率、损失最高,R245fa次之,R123均最低。     

利用天然气冷量的朗肯循环发电流程的工艺模拟

高压天然气集输过程中节流会使天然气温度有明显的下降,提出了分别采用丙烷和混合工质的朗肯循环回收天然气的冷量进行发电。采用HYSYS软件对两种工艺分别进行了工艺模拟,结果表明采用混合工质时由于冷热流体间换热温差明显减小,因而循环效率提高了约40%。在夏季当天然气输量为55×104Nm2/d时,可以产生48.42kW的功率,冷能有效能的利用效率约为23.06%。     

超临界有机朗肯循环工质的选择

以8种有机工质(R134a.,R22,R32,R227ea,R143a,R218,RC318,R152a)作为研究对象,对其超临界有机朗肯循环的单位净输出功、循环效率、循环功比、膨胀机入口体积流量等参数进行了理论分析,结果表明以R152a和R134a为工质的超临界有机朗肯循环具有较高的单位净输出功和循环效率,以及较小的体积流量。而采用回热循环可进一步有效提高循环效率。     

太阳能中低温有机朗肯循环系统的设计与分析

本文设计了一输出功率在100 kW左右的太阳能中低温有机朗肯循环系统,完成了系统核心部件有机工质向心透平的设计与造型。CFD计算结果显示有机工质向心透平的设计基本满足要求,有机工质在向心透平内部流动特性良好,流线分布均匀,未出现分离和明显的涡。本文设计的系统可以实现太阳能的利用,为今后的生产实践提供参考。     

LNG接收站利用低品位热源低温发电

LNG接收站需要大量的热能来加热气化LNG,降低燃气消耗可以减少操作费用。LNG接收站也要消耗大量的电能(2.83×107m3/天的气化量需要20～30MW)。利用LNG冷能低温发电能够显著减少操作成本,降低污染排放。采用中间流体Rankine循环的LNG低温发电流程,既可以生产电能,又可以输出指定温度下的产品天然气。该方案可以利用任何形式的低品位热源来气化LNG。模拟结果显示,气化容量为3.68×107m3/天的LNG接收站的低温发电系统,发电量为18MW,能带来每年0.7～1亿元的收益。     

Thermodynamic Performance Analysis of a Waste Heat Power Generation System (WHPGS) Applied to the Sidewalls of Aluminum Reduction Cells

To recover energy from the waste heat of aluminum reduction cells, a waste heat power generation system (WHPGS) with low boiling point working fluid based on Organic Rankine Cycle was proposed. A simplified model for the heat transfer around the walls of aluminum reduction cells and thermodynamic cycle was established. By using the model developed and coded in Matlab, thermal performance analysis of the system was conducted. Results show that the electrolyte temperature and the freeze ledge thickness in the cell can significantly affect the heat absorption of the working fluid in the heat exchange system on the walls. Besides, both the output power and the thermal efficiency of the power generation system increase with the system pressure. The output power and thermal efficiency of the system can also be affected by the type of working fluid used in the system. Working fluids for the best system performance under different output pressures were determined, based on the performance analysis. This WHPGS would be a good solution of energy-saving in aluminum electrolysis enterprises.     

Energy,Exergy, Exergoeconomic and Emergy-Based Exergoeconomic (Emergoeconomic) Analyses of a Biomass Combustion Waste Heat Recovery Organic Rankine Cycle

In recent decades, there has been an increasing trend toward the technical development of efficient energy system assessment tools owing to the growing energy demand and subsequent greenhouse gas emissions. Accordingly, in this paper, a comprehensive emergy-based exergoeconomic (emergoeconomic) method has been developed to study the biomass combustion waste heat recovery organic Rankine cycle (BCWHR-ORC), taking into account thermodynamics, economics, and sustainability aspects. To this end, the system was formulated in Engineering Equation Solver (EES) software, and then the exergy, exergoeconomic, and emergoeconomic analyses were conducted accordingly. The exergy analysis results revealed that the evaporator unit with 55.05 kilowatts and the turbine with 89.57% had the highest exergy destruction rate and exergy efficiency, respectively. Based on the exergoeconomic analysis, the cost per exergy unit (c), and the cost rate (C˙) of the output power of the system were calculated to be 24.13 USD/GJ and 14.19 USD/h, respectively. Next, by applying the emergoeconomic approach, the monetary emergy content of the system components and the flows were calculated to evaluate the system’s sustainability. Accordingly, the turbine was found to have the highest monetary emergy rate of capital investment, equal to 5.43×1012 sej/h, and an output power monetary emergy of 4.77×104 sej/J. Finally, a sensitivity analysis was performed to investigate the system’s overall performance characteristics from an exergoeconomic perspective, regarding the changes in the transformation coefficients (specific monetary emergy).     

低温发电用翅片管换热器传热特性的数值模拟分析

为了深入研究低温余热发电系统用翅片管换热器的传热特性,文中建立了翅片管换热器计算模型,对工质R123在翅片管换热器内的传热性能进行数值模拟,比较管内工质R123在不同流速与温度时的换热特性,利用最小二乘法原理,对烟气侧和工质侧的换热关联式进行了拟合,得到了二者的换热准则方程,此外,利用实验方法对模拟结果进行验证。     

低温空气制冷系统中板翅换热器性能实验研究

对低温空气制冷系统中的散热器、回热器性能进行实验研究,测量不同工况条件下两个锯齿形板翅式换热器的换热效率及系统性能,分析了换热器低压侧和高压侧的空气流量对换热器及系统性能的影响。结果表明:(1)散热器低压侧空气流量是影响其效率的主要因素;(2)回热器效率随其低压侧空气流量的增大而增大,随其高压空气流量的增大而减小;(3)高压空气流量是影响制冷量的主要因素;在其它工况参数不变的条件下,高压空气流量增大7.9%,制冷量最大增加14.5%。     

强激光干扰下运动目标热损伤效应的有限元研究

为对空中飞行目标实施合理有效的强激光干扰,需要综合考虑采用的干扰方式、干扰效果以及考虑光斑偏移对干扰效果的影响。以热传导理论为基础,建立了激光辐照下移动目标温度场模型,采用伽辽金法建立了有限元分析模型,采用了等效比热容的方法处理材料的相变过程;并以Ansys软件为仿真平台,对目标在高斯分布的强激光作用下的温度场和热应力进行了综合仿真分析。结果表明,光斑与目标辐照区域的相对偏移对目标表面温度影响较大,对目标纵深破坏效应相对较小,应力变化主要发生在激光辐照区域,应力最大处也会随热源的移动而变化。