有机朗肯循环系统蒸发器的性能研究

针对以R245fa为工质的朗肯循环系统,运用Aspen换热器设计模拟软件,对该系统常用的满液式、降膜式和板式蒸发器进行结构设计和性能分析.在相同工况参数下,对比3种蒸发器的尺寸、造价和综合传热因子,结果表明:板式蒸发器最适用于有机朗肯循环系统.模拟改变波纹倾角β、板片厚度d及板间距l时蒸发器内工质预热、蒸发、过热3个阶段传热过程,得出人字形板片结构对蒸发器传热系数、压降的影响规律.     

有机朗肯循环系统换热设备仿真研究

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在中低温热能发电方向具有广阔的应用前景。换热器是ORC的重要部件,然而当前对于换热器偏离设计工况运行性能的研究尚不够深入。本文提出了偏离设计工况运行条件下换热器分区仿真建模方法,建立了换热器仿真模型并通过实验验证。经验证,蒸发器和冷凝器仿真与实验的换热量最大误差分别为3.74%和3.20%。在模型验证基础上,对ORC中换热器偏离设计工况运行特性进行了分析,获得了换热器偏离设计工况运行特性和换热面积迁移规律,定义并获得了换热器当量换热系数,为ORC中换热器设计及系统运行提供了指导。     

有机朗肯循环系统回收发动机尾气余热的研究

根据柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环余热回收系统。采用R245fa作为工质,根据工质在不同蒸发压力下的蒸发率结合发动机的试验数据分析了两相流对系统性能的影响。通过比较系统净输出功、有机朗肯循环效率及主要部件损的变化规律确定了系统的最佳工作方案。结果表明,系统在全排气质量流量范围内能平稳地工作,有机朗肯循环效率达到10．2％,减小了各主要部件的损,余热回收效果明显。     

低温有机朗肯循环工质性能分析

根据对有机朗肯循环工质的选取原则,选出7种工质作为备选工质,建立了有机朗肯循环的热力学模型,并基于热力学第一定律和第二定律对其热力过程进行了计算分析,分别对7种工质的蒸发压力、单位工质净功量、不可逆损失、热效率、火用效率进行对比,结果表明,在给定的热源范围内,R141b各项性能最佳,R1233zd其次,而R1234yf和R1234ze表现较差.     

有机朗肯循环系统最佳再热压力的确定

以系统热效率最大为计算原则,提出以R123为工质的有机朗肯循环系统最佳再热压力的确定方法．通过计算机编程模拟,简化数学条件,建立了最佳再热压力的数学模型,并通过实验验证了模型的可靠性,可为机组运行或进行节能改造提供一定的数值依据或参考,同时为采用其它工质的朗肯循环优化提供方法指导．     

基于时间序列聚合的有机朗肯循环系统优化方法

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC) 发电技术在回收中低温余热和中低温太阳能热发电方面具有广阔的应用前景,系统优化设计对提高系统发电效率和降低系统全年发电成本具有重要意义。本文建立了太阳能驱动ORC系统设备结构参数和系统运行参数同步优化模型;考虑到太阳能辐射量和环境温度随时间变化的特性,基于时间序列聚合法获得5个聚合点作为设计工况,分别得到了5个聚合设计工况下最优设计方案。结果表明：太阳能辐射量和环境设计温度不同,设计的系统结构参数和运行方案不同;在环境温度值低、太阳辐射值高时度电成本 (Electricity Production Cost, EPC) 最低,ORC效率最高。     

再热式有机朗肯循环热力性能研究

在低温热源条件下,针对不同工质,研究了再热式有机朗肯循环的热力学性能,获取了在不同温度段系统输出净功、循环吸热量、热效率,并对其性能与同等条件下普通有机朗肯循环做了比较.同时,得到了循环的最佳压力比.     

基于太阳能和LNG冷能的朗肯循环系统热力学分析

针对化石燃料燃烧时对环境造成严重污染的问题,为增加清洁能源在我国一次能源消费中所占的比例,构建了太阳能和LNG冷能联合使用的有机朗肯循环系统,通过热力学性能和㶲损分析了建立的循环系统。结果表明,当循环Ⅰ、Ⅱ的蒸发压力为2.8 MPa、蒸发温度为371 K时,系统存在最大净输出的功和热效率,其值分别为81.46 kW、20.88%;当循环Ⅰ、Ⅱ蒸发压力分别为3.0 MPa,蒸发温度为371 K时,最大㶲效率为53.43%;换热部件的㶲损最大,集热器的㶲效率较低;按90%发电效率、1元/（kW·h）电价计算,系统年均可带来超过53万元的经济效益,与相同燃煤发电量相比,可减少SO2排放量13 939 kg/a和CO2排放量462 000 kg/a,具有节能减排的效果。     

有机朗肯循环的热力学分析

应用热力学第一定律和第二定律对有机朗肯循环低温余热发电系统进行了热力计算、能量分析和火用分析.并以R245fa为工质,针对100℃左右的热源,在给定工况下分析计算了系统的热效率.研究结果表明:影响热效率的因素为蒸发器出口、膨胀机出口以及冷凝器内的工质状态参数;要减少系统的不可逆损失,需减少各热力过程的有温差传热和摩擦损耗,即选取高效传热的蒸发器和冷凝器及设计制造适合有机工质的膨胀机;在冷凝器入口前加装回热器,可有效减少传热温差引起的不可逆损失,加装回热器后整个系统的热效率提高了0.32%.研究结果可供有机朗肯循环系统设计作参考.     

非共沸混合工质有机朗肯循环系统变工况特性研究

鉴于分布式能源系统中燃气轮机负荷波动较大,而目前对有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)研究更注重相同吸热量及其热力性能随初始参数变化的对比,很少考虑燃气轮机负荷降低时导致烟气温度和质量流量均下降对系统性能的影响.通过HYSYS平台构建特性模型,以换热器内窄点温差为约束条件,研究变工况特性...     

有机朗肯循环系统工质设计与系统参数的同步优化

工质是有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）中能量转换的载体,其与冷、热源之间的匹配直接影响ORC系统性能。现有工质提升ORC系统性能有限,新型工质的设计对提升ORC性能非常重要。提出了基于计算机辅助分子设计（computer-aided molecular design,CAMD）的工质设计与和ORC系统同步优化的建模和求解方法,对传统CAMD模型进行了改进。建立了以ORC系统输出净功最大为优化目标的混合整数非线性数学规划（mixed integer non-line programming,MINLP）模型,提出了求解策略。基于9个基本元素选择37个基团,应用于建立的同步优化模型,获得了热源范围353.15~463.15 K和冷源范围293.15~298.15 K工况下的最优工质,并与现有工质进行了对比验证。对比结果表明,新型工质的ORC净功比现有工质ORC净功增加12.46%。对在计算ORC循环性能中涉及的工质物性,如临界温度、临界压力、沸点温度、比热容、密度和相对分子质量等进行了敏感性分析。     

基于PC-SAFT的混合工质筛选与有机朗肯循环系统优化

混合工质在相变过程存在温度滑移现象,能与冷热源更好地匹配从而提高有机朗肯循环(Organic?Rankine Cycle,?ORC)性能,成为ORC工质研究热点.混合工质组合和数量巨大,常规方法用于混合工质筛选及与系统参数的同步优化难度较大.建立了基于Perturbed-Chain?Statistical?Associ...     

考虑环境温度变工况的分液冷凝有机朗肯循环系统优化设计

有机朗肯循环是最具潜力的低品位热-功转换技术之一,设计工况的选择和考虑变工况的系统设计和运行方法对降低系统全年发电成本或提高系统年均发电效率有重要意义.本文建立了余热驱动有机朗肯循环系统设备结构参数和系统运行参数同步优化模型并提出了求解策略;考虑到环境温度随季节变化的特性,选取4个环境温度作为设计工况,分别得到了4个设计工况下最优设计方案,基于4个设计结构优化全年运行方案,并比较不同系统配置下全年变工况的综合性能.研究结果表明：同时优化系统参数及设备结构参数对提高系统性能至关重要;环境设计温度不同,设计的最优结构和运行方案不同,可根据多个变工况环境温度对系统进行优化设计,优化全年运行方案.     

换热器传热能力对有机朗肯循环性能的影响分析

为了提高低温有机朗肯循环的技术经济性,基于热力学第一和第二定律,建立了系统数学模型,以R1233zd(E)作为循环工质,在蒸发器热负荷恒定和系统净输出功最大的两种约束工况下,分析了蒸发器和冷凝器的传热能力对有机朗肯循环系统的影响。结果表明:适当提高蒸发器和冷凝器的传热能力均能提升有机朗肯循环系统的热力性能;相对而言,蒸发器传热能力的影响更为显著,当蒸发器与冷凝器的传热能力增大2倍时,系统热效率分别升高了约168%和60%。此外,存在最佳的蒸发器和冷凝器传热能力使有机朗肯循环系统的比初始总投资最小。     

有机朗肯循环机组性能仿真与变工况运行分析

目前国内外对于有机朗肯循环(ORC)系统的热力学研究大都集中在循环工质的优选与定工况下的循环系统优化和参数模拟,对于工程上遇到的变工况运行和安全运行的情况很少提及。使用流程软件AspenPlus对ORC系统进行了变工况运行模拟,并对模拟结果进行了分析,以期为应用ORC系统尤其是使用透平机作为动力设备的ORC系统提供一定的参考。     

烟气余热有机朗肯循环工质的研究

通过热力学建模的方法对电厂烟气余热ORC循环工质进行研究,根据工质的筛选方法和REFPROP软件粗选出11种适合低温烟气余热发电的有机工质,通过热力学分析方法计算出ORC系统的循环热效率、泵功、净输出功、工质运行压力.结果表明,R601a是最适合低温烟气余热发电的工质,R245fa和R600次之.     

基于双有机朗肯循环的柴油机余热回收系统性能分析

为了有效回收柴油机的尾气、冷却介质和进气中冷的能量,针对一台六缸柴油机,设计了一套双有机朗肯循环系统,结合Aspen plus软件对该系统进行建模,研究双有机朗肯循环系统的运行性能,分析柴油机燃油经济性.经研究发现,加装双有机朗肯循环系统可有效改善原柴油机的热力学性能和经济性能.在设定的柴油机工况下(转速2 000 r/min、转矩1 313 N·m),双有机朗肯循环系统的总净输出功率最高可达43.65 k W,柴油机-双有机朗肯循环联合系统的有效燃油消耗率和热效率分别可达191.24 g/(k W·h)和37.57%,相比于原柴油机可分别改善13.69%和15.86%.     

基于双有机朗肯循环的柴油机余热回收系统性能分析

有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）余热回收技术能够将车用发动机排气余热能高效转化为机械能或电能输出,从而有效提高发动机效率.针对当前车用ORC余热回收技术的发展动态进行了研究,主要包括该技术在数值模拟、控制策略以及关键部件（膨胀机、换热器、工质泵）等方面的研究进展,并对未来研究的发展方向进行了展望.研究结果表明,利用ORC系统对车用发动机尾气余热能进行回收的技术方案具有广阔的发展前景,但目前针对实际工况下车用发动机与ORC系统的动态匹配特性、车用ORC余热回收系统的三维仿真与实验测试、适用于车用ORC余热回收系统的关键部件优化设计等还有待进一步研究,因此,该技术方案距离产业化还有一定距离.今后,车用ORC余热回收系统的高性能部件的开发、高度集成化的实验与仿真、智能化控制系统等将成为未来研究的重点.

     

有机朗肯闪蒸发电性能数值模拟与实验测试对比研究

以热水温度为90℃作为设计额定工况,设计并搭建了发电功率为800 W的有机朗肯闪蒸循环（ORFC）实验测试装置,分别对热水温度为95℃、90℃、85℃和80℃的4个工况下发电性能进行了实验测试。实验测试结果表明：ORFC在设计工况下的实测发电功率为797.21 W,基本达到了设计要求;热水温度的降低使得系统的发电功率、热效率和膨胀机的等熵效率降低;总体而言,ORFC的发电功率较有机朗肯循环（ORC）有了显著提高。本文弥补了ORFC的实验测试空缺,验证了ORFC发电数值模型的准确性,进而证明了ORFC的先进性。     

基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统热力性能分析

研究了汽轮机进口温度和进口压力对基于太阳能的有机朗肯循环系统性能的影响.以R600,R600a,R245fa,R236fa,R236ea,R601,R601a,RC318,R227ea九种有机工质为例,基于热力学第一定律和第二定律,研究了这两个参数对系统性能变化的影响,主要是对系统热效率、净输出功率以及系统总不可逆损失...