ORC系统中板式蒸发器传热特性的研究

蒸发器作为余热回收有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)系统的关键部件之一,其传热性能影响着整个系统的传热效率。本文以新型全焊式板式换热器为模型,通过加载蒸发相变UDF进行数值模拟,得出不同的热水流量、热水进口温度、R245fa流量下的传热和流动特性,并通过计算不同工况下j因子和f因子定量评估了蒸发器的综合换热性能。计算结果表明:提高热水进口流量和R245fa流量对ORC系统蒸发器的传热性能有明显的改善作用;随着热水进口流量、热水进口温度以及R245fa入口流量的增加,热水侧压降和工质侧压降随之增大,热水侧压降整体大于工质侧压降,且热水侧j/f分别提高了71.6%,-18.1%,73.3%,工质侧j/f分别提高了29.7%,-13.5%,35.9%。     

换热器压降对ORC发电系统的影响

在考虑换热器压降及散热损失的情况下建立中低温地热驱动的有机朗肯循环(ORC)发电系统模型并通过500 kW示范工程进行验证。模型选取5种有机工质,研究换热器压降在不同热源温度、蒸发温度和冷凝温度下对系统性能的影响。研究结果表明随着热源温度以及蒸发温度的升高,压降对系统净发电量以及净发电效率的影响逐渐降低,但随着冷凝温度的升高,压降对系统净发电量的影响逐渐升高。其中,采用R227ea的系统受换热器压降影响最小,采用R123的系统受影响最大。     

太阳能对热泵循环性能的影响

利用太阳能-土壤源复合热泵实验平台进行太阳能热泵运行实验,分析提高蒸发器进口水温对热泵性能的影响。实验结果表明:随着蒸发器进口水温的升高,热泵吸热量和制热量增速较大,输入功率增速较小,因而机组COP和系统COP也随之升高。压缩机排气压力和吸气压力也随之升高,但排气压力的增速小于吸气压力的增速,压缩比逐渐减低。提高蒸发器进口水温可以提高蒸发温度,进而明显改善热泵的性能状态。     

中温地热能驱动的跨临界有机朗肯-蒸气压缩制冷系统的火用分析

建立中温地热能驱动跨临界有机朗肯−蒸气压缩制冷系统的火用分析热力学模型,采用R143a作为系统循环工质,探讨膨胀机入口压力、地热流体进口温度、冷凝温度、蒸发温度对火用效率的影响规律,分析系统各个部件的火用损失。计算结果表明：合理的膨胀机入口压力应该小于1.8倍临界压力;存在最佳的地热流体进口温度使得系统的火用效率最大;降低冷凝温度和提高蒸发温度都可以提高?效率,但需要增加换热器等效换热面积作为代价;冷凝器、发生器、膨胀机、节流阀、压缩机、蒸发器、工质泵的火用损失依次降低;随着地热流体进口温度升高,冷凝器及发生器的火用损失所占的比例增大,其它部件的火用损失对应的比例则降低。本文可以为跨临界有机朗肯−蒸气压缩制冷系统的设计提供依据。     

基于卡琳娜循环的功冷联供系统热力学分析

在传统卡琳娜动力循环基础上,可以增加一个喷射制冷过程进一步利用工质的余压余热能,从而提出一种基于卡琳娜循环的新型功冷联供系统。运用数值求解方程式EES(engineering equation solver)编程计算,分析蒸发压力、和冷凝温度的改变对系统中引射系数及复合系统性能的影响,从热效率、?效率和折合效率3个评价指标对复合系统性能进行综合评价。通过数据分析得出:随着蒸发压力升高,蒸发器吸热量逐渐减小,存在一个最佳的蒸发压力使净输出功达到最大,约为2.6 MPa,但其和引射系数与制冷量及各评价指标成正相关关系;冷凝温度与系统蒸发器吸热量、净输出功、制冷量、引射系数和各评价指标均成负相关关系。结果表明在较高的蒸发压力和较低的冷凝温度下,各评价指标较优。     

以R508B与R23为低温工质的复叠循环理论模拟

在医用超低温场景下,研究了以R404A为高温级工质,分别以R508B与R23为低温级工质的复叠循环的理论循环性能。通过计算,模拟了高温级冷凝温度、高温级蒸发温度和冷凝蒸发器换热温差对系统COP的影响。得到结论,随着高温级冷凝温度的升高,复叠系统的COP逐渐下降;随着高温级制冷系统蒸发温度的升高,复叠系统的COP呈现出先上升后下降的变化趋势;而随着冷凝蒸发器换热温差的升高,复叠系统的COP出现逐渐下降的趋势。综合来看,应优先考虑R508B作为低温级制冷工质。     

采用喷水降温螺杆压缩机的水蒸气热泵性能研究

为拓宽水蒸气热泵在余热回收中的工作温区,降低水蒸气压缩机的排气温度,对采用喷水降温螺杆压缩机的水蒸气热泵系统及其主要部件建立热力学模型,研究了螺杆压缩机喷水温度,及最佳喷水温度下蒸发温度、冷凝温度对系统性能的影响。结果表明:喷水可以有效降低压缩机排气温度,喷水温度在73～87℃之间可保证压缩机运行在报警温度之下;压缩机耗功和冷凝器放热量随喷水温度的升高先增加后降低,在喷水温度为80℃时系统性能系数(EER)最佳;最佳喷水温度下,蒸发温度提高,蒸发器吸热量、压缩机耗功、冷凝器放热量及EER增大,压缩机压比降低;冷凝温度提高,压缩机耗功、压比增大,冷凝器放热量和EER降低。     

超长重力热管联合热泵的地热利用系统热力经济性分析

深层地热资源储量巨大,采用超长重力热管取热技术对深层地热资源进行开采,将其与热泵系统联合为用户供热是一种高效利用深层地热资源的方法。针对如何调节不同参数下超长重力热管与热泵联合运行以期获得最佳热力经济性的问题,建立了系统热力经济性模型,研究了热泵系统蒸发温度、超长重力热管热阻、井深、地温梯度以及蒸发器面积不同的情况下系统热力经济性变化规律。结果表明存在一个最佳蒸发温度使供热成本最低,如在地温梯度30℃/km、井深3 000 m的条件下,最佳蒸发温度为-2℃;超长重力热管热阻越小或地温梯度越大时可实现供热成本越低且最佳蒸发温度越高;存在最佳的井深和蒸发器面积使得供热成本最低。研究结果可为优化超长重力热管在开采深层地热联合热泵系统性能方面提供理论指导。     

低温余热双循环发电系统的设计与优化

采用螺杆膨胀机双循环系统回收低温余热用于发电,拟合有机工质R245fa的热物性参数进行热力设计计算,并提出2种确定蒸发温度的方法,对单位质量的热源,分别以系统净功率、系统效率为优化目标,结合热力学第一定律与第二定律评价2种方法的优劣性.结果表明：随着蒸发温度的升高,存在最佳蒸发温度使得系统净功率最大,而系统热效率逐渐提高;系统净功率最大时,系统对余热能量回收较大,且回收量最大,故选择以系统净功率为目标作为蒸发温度的优化方法;基于蒸发压力恒定不变,证明了余热回收热量、系统净功率和系统效率随着过热度的增加而减少,应尽量采用饱和状态蒸气动力循环.     

水平内螺纹铜管内R404A的冷凝压降特性

对R404A在内螺纹铜管内冷凝压降进行了实验研究。为了给R404A在小管径换热器中应用的可行性提供依据,研究缩小管径带来压降上升的特性,设置了不同的影响因素来研究R404A在内螺纹铜管中的冷凝压降特性。实验工况为:饱和温度35～45℃,质流密度200～900 kg/(m~2·s),热流密度10 kW/m~2,入口干度0.1～0.9,内螺纹铜管管径分别为5、7和9.52 mm。实验结果表明:饱和温度对冷凝压降的影响主要集中在较高的质流密度区间,压降随饱和温度的升高而降低;压降随质流密度的增大而上升,随管径的减小而增大;随着干度值的降低,冷凝压降从一个峰值开始逐渐下降,其中5 mm管的压降下降速率最大;通过对比相对传热系数得出3种内螺纹管中,5 mm管的综合性能更好。