窄点温差及工质物性对跨临界有机朗肯循环性能的影响

利用约束热源入口及出口温度的热力学模型,将循环热效率及净输出功统一为一个参数,计算41种工质在473.15K废热烟气驱动的跨临界有机朗肯循环中的热力学表现,分析蒸发器内窄点温差及工质物性对循环性能的影响.结果表明,临界温度低于烟气出口温度的工质,及高于0.88倍烟气入口温度的工质,临界温度是循环效率的主要影响因素;临界温度在上述范围之间的工质,干湿性对循环效率影响显著,湿工质效率明显高于干工质.所有循环中,该临界温度范围内的湿工质热效率最高.临界温度高于0.88倍烟气入口温度的工质,窄点温差可能出现在蒸发过程中或蒸发器出口,从热力性能角度看,窄点出现在蒸发过程中的循环明显优于窄点出现在蒸发器出口的循环.改变热源入口及出口温度不会影响上述结论.     

工质物性不确定度对ORC循环性能的影响

为了寻找最适宜的有机朗肯循环工质,建立了基本的亚临界有机朗肯循环热力学模型,使用拉丁超立方抽样方法确定了R1234yf、R1234ze(E)、RE143a、RE347mcc、R245fa、R1234ze(Z)、R1224yd(Z)、R365mfc、R1233zd(E)和R610等10种工质在有机朗肯循环中的最佳透平入口参数。在此基础上,基于PR状态方程和蒙特卡洛方法,研究了这10种工质的临界参数不确定度对有机朗肯循环净输出功率的影响。结果表明：R1234yf的净输出功率最大且不确定度较小,是理想的有机朗肯循环工质;R1233zd(E)的净输出功率最低,且功率不确定度最大。为有机朗肯循环工质筛选提供了新思路。     

离子液体基工质对的吸收制冷循环性能实验研究

分别对以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯[Emim][DEP]为吸收剂的二元工质对[Emim][DEP]+H₂O和以[Emim][DEP]+LiBr为吸收剂的三元工质对LiBr+[Emim][DEP]+H₂O的吸收制冷循环性能进行了实验研究,用于评价这种新型的工质对的制冷性能。实验结果表明,二元工质对[Emim][DEP]+H₂O具有吸收制冷性能,但与LiBr+H₂O工质对相比,其制冷系数较低。当发生温度为90℃、循环水温度为30℃、蒸发温度在10～15℃时,制冷系数仅为0.16～0.28。主要原因是[Emim][DEP]+H₂O工质对具有较高的黏度和较低的热导率,导致吸收器降膜吸收传热系数较低,吸收器吸收水蒸气的能力不足。为了强化其制冷效果,在[Emim][DEP]+H₂O工质溶液中加入少量LiBr水溶液,构成三元工质对LiBr+[Emim][DEP]+H₂O。实验结果表明,三元工质对LiBr+[Emim][DEP]+H₂O的制冷性能优于二元工质对[Emim[DEP]+H₂O,在上述蒸发温度范围内,制冷系数能够达到0.17～ 0.34,并且制冷温度更低。     

内回热器对低温有机朗肯循环热力性能的影响及工质选择

目前对有机朗肯循环(ORC)有无内回热器的对比研究主要集中在循环热力性能随初参数变化的对比,但很少考虑吸热量对两个系统热力性能的影响。本文以烟气余热为热源,构建无回热和带有内回热的ORC系统,选用10种干工质,通过热源参数变化引起工质吸热量的变化,分析工质分别在两种系统中的初温、净功量、热耗率及(火用)损的变化规律,得出了较优工质和各工质对内回热器的匹配性。结果表明:当热源温度为150℃、排烟温度在70~90℃间引起的工质吸热量变化时,在窄点温差为10℃下,带有内回热器的ORC系统更适用于吸热量较低的区间;当吸热量较高时,内回热器对系统热力性能提升的能力降低,甚至低于无回热的ORC系统;经综合比较,工质R236ea和R600a最优,工质R245fa和R600为较适合工质;以R123为工质的带有内回热器和无回热的ORC系统热力性能差异较小,热耗率最大差值仅为约600kJ/kg,净功量最大差值也仅为约2kW,因此,R123对内回热器的热匹配性相对较差。     

中低温热源近共沸工质有机朗肯循环热力性能分析

通过对比分析纯工质和近共沸工质有机朗肯循环(ORC)的热力性能,探讨了近共沸工质在有机朗肯循环中的适用性.以200℃烟气为热源,基于热力学理论,选用R601、R123及其混合物分别建立了有机朗肯循环热力模型.分析了不同热源工况下R601、R123和R601/R123循环的主要热力参数及热力性能.结果表明:质量配比分别为...     

用于能量回收的有机朗肯循环混合工质研究

近年来随着低温余热的利用越来越受到重视,将LNG冷能和低温余热联合应用的有机朗肯循环研究也受到了广泛的关注,其中循环工质的选择更是提高系统热力性能的关键。针对循环工质选择的问题,将R236ea、R245fa以及两者按不同质量分数配比得到的9种混合工质作为亚临界ORC工质,结合窄点分析方法计算了系统在2种最佳设计工况下的热力学性能及热经济性。结果表明:混合工质R236ea/R245fa(0.9/0.1)和R236ea/R245fa(0.8/0.2)分别是以最佳热和冷回收效率为设计工况标准时的最佳循环工质;2种工况下,混合工质的热经济性均优于纯工质;在混合工质中提高R236ea的比例可以有效降低换热面积,提高系统经济性。为日后将低温余热和LNG冷能联合应用的有机朗肯循环二元混合工质选择提供一定的参考。     

工质泵变运行工况对有机朗肯循环系统性能的影响

有机朗肯循环（organic Rankine cycle, ORC）系统凭借其优越的性能已被应用于众多领域。工质泵是为ORC系统提供所需压力和流量的主要部件，其性能直接影响了其他部件性能及系统整体性能。本文通过理论计算分析了不同热力参数对单位质量流量工质泵输入功率及泵功指数的影响情况。进而以R245fa作为工质在冷凝温度为303K的模拟ORC系统工作条件下展开实验研究，分析变运行工况下两种不同类型工质泵（多级离心泵、液压隔膜计量泵）的运行参数变化规律及相互影响因素。进而探究工质泵变运行参数对ORC系统性能的影响。实验结果表明：液压隔膜计量泵的流量较低且受出口压力的影响较小，其输入功率最高仅为360.34 W，相同工况下仅是多级离心泵输入功率的16.29%。两者的实际运行效率随运行工况的变化而改变，最高分别可达59.96%、55.26%。结合理论计算，使用这两个泵的ORC系统泵功指数均在0.03～0.48范围内变化，热效率最高分别可达11.66%、10.35%。液压隔膜计量泵更适合于所需流量较低的ORC系统。     

闭式热源下混合工质与纯工质的ORC性能比较

为了全面比较有机朗肯循环(ORC)中混合工质与纯工质的性能优劣,在给定供热量及进出口温度的闭式热源条件下,建立了基本ORC和回热ORC的数值仿真模型,所用工质为R600a/R601a,所用冷源为一定流量范围的冷却水。在模拟中,以最大净输出功为目标,同步优化循环的蒸发及冷凝温度,得到了不同组分工质的性能参数。比较结果表明,混合工质的热力性能不一定优于纯工质。在闭式热源下,相变换热器中具有更好温度匹配的混合工质一般也具有更小的换热损失。针对回热ORC,回热器将影响工质在相变换热器中的温度分布,但对相变换热器中的损失影响较小。     

变热源工况下非共沸工质有机闪蒸循环热性能分析

有机闪蒸循环（OFC）能有效利用中低温热能,非共沸工质的变温相变特性可以改善循环和换热器之间的匹配性。为了提高系统的循环性能,本文基于Matlab2018b构建了一种采用正丁烷/1,1,1,3,3-五氟丙烷（R600/R245fa）制冷剂非共沸混合工质的OFC热力学模型,以100℃～200℃地热水作为热源,研究了非共沸工质摩尔分数和热源温度对系统净输出功率、热效率、煤用效率和总煤用损的影响。结果表明：热源温度为200℃,R600摩尔分数为0.4时,系统净输出功率和热效率达到最大值,分别为48.92 kW和7.12%;当热源温度超过一定值,煤用效率开始减小;热源温度为150℃,R600摩尔分数为0.4时,煤用效率最大为32.44%。采用非共沸工质能有效提高系统净输出功率、热效率和煤用效率,同时也能降低系统总煤用损。     

基于分子指纹和拓扑指数的工质临界温度理论预测

临界温度是一种非常关键的热物理性质,对其进行理论预测一直是热物性研究的热点。然而,早期预测模型往往不能有效区分工质同分异构体。本文借助机器学习算法,采用“分子指纹+拓扑指数”的新型分子结构描述方法表达工质的分子结构并建立临界温度模型,在测试集预测中的绝对平均偏差为3.99%,表明本文模型具有良好的预测能力。本文模型与文献对比的结果表明,新模型不仅可以有效区分工质同分异构体,在计算精度方面也超越了现有其他模型。     

中低温超临界CO2及其混合工质布雷顿循环热力学分析

基于热力学第一定律对超临界CO₂混合工质再压缩布雷顿循环进行了热力学分析,重点讨论了在中低温热源下(200~400℃)加入气体种类及比例、透平入口温度、透平入口压力、分流比、主压缩机入口温度对循环热力学性能的影响。结果表明：加入0~10%的丙烷、新戊烷、异丁烷、正丁烷均能够提高循环效率,改善循环系统的热力学性能。在透平入口温度低于260℃时,加入乙烷的循环热效率低于单一工质CO₂。随着混合比例、透平入口温度和压力、分流比的增加,系统循环效率也随之提高。主压缩机入口温度增加,循环效率反而下降。     

有限空间内工质物性对制冷剂泄漏扩散特性的影响

新一代环境友好型工质如R290、R32等由于其燃爆特性,一旦发生泄漏会造成一定的安全隐患,而仍使用较为广泛的工质如R22等一旦发生泄漏同样会加剧温室效应,从而造成全球气候环境恶化。开展工质的泄漏扩散沉积等相关特性的研究十分必要。针对工质在泄漏扩散过程中由于物性的差异造成的泄漏扩散开展了数值模拟研究,模拟中采用Species组分输运模型,考虑密度、黏度等工质物性参数的差异,对工质在泄漏孔下方、泄漏有限空间内的浓度变化,以及密度、黏度等物性对泄漏扩散过程的影响进行了研究。结果表明：泄漏孔下方区域,密度对工质的浓度分布影响较大,其次是黏度;密度越大,工质在泄漏孔下方区域质量分数越大;黏度越大,工质流动性越差,在泄漏孔下方区域质量分数越大。整个有限空间内,工质的密度越大,越易于向空间的中下部区域扩散并形成较高的质量分数;工质的黏度越大,越易于与周围空气发生卷吸作用。