ORC系统管翅式蒸发器管侧工质相变传热特性分析

基于CFD方法对有机朗肯循环(ORC)系统中管翅式蒸发器管侧进行数值模拟,根据发动机-ORC联合系统试验台架的实验数据,验证仿真模型的准确性,并分析工质R245fa在管侧的流动和相变传热特性,通过改变发动机转速和蒸发压力以及管侧工质进口速度,对比分析不同工况下工质的流动和传热特性。结果表明:发动机转速、蒸发压力和管侧进口速度均对工质的蒸发有较大影响。发动机转速对管侧进出口压降影响较小,蒸发压力和工质进口速度对管侧进出口压降影响较大。     

ORC直接接触式蒸发器传热性能研究

为分析低温余热发电ORC直接接触式蒸发器内分散相在连续相中的传热性能,分别选用新型环保有机工质R245fa和THERMINOL-R 66导热油作为分散相和连续相,进行ORC直接接触式蒸发器传热性能的研究,分析了初始传热温差、工质体积流量和导热油质量流量对ORC直接接触式蒸发器容积传热系数的影响．结果表明：容积传热系数随着传热时间的增加先呈增大趋势,然后逐渐减小并趋于平稳,但大于传热开始阶段的容积传热系数;在工质体积流量和初始传热温差为定值的情况下,为获得较大的容积传热系数,导热油质量流量应控制在较小的范围内．     

不同工况下非共沸混合工质有机朗肯循环系统性能研究

采用MATLAB软件模拟非共沸混合工质在不同冷热源条件下对有机朗肯循环(ORC)系统性能的影响。选取R245fa/R1234ze和R245fa/R600a作为混合工质,热源温度取120和200℃,分别在冷凝露点温度为40℃和冷却水温升为5,10,15℃的工况条件下,利用热力学第一定律和火积理论对系统性能进行分析。结果表明：热源温度为200℃时,R245fa, R1234ze和R600a系统净输出功率分别为89.83,61.87和77.74 kW,使用R245fa系统性能优于其混合工质;热源温度为120℃、固定冷凝露点温度时,混合工质R245fa/R600a(90%∶10%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了27.6%和27%,R245fa/R1234ze(60%∶40%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了26%和20.5%;火积耗散和单位面积做功量与净输出功率变化相反,提高冷却水温升时,增大了系统火积耗散,且流向环境中的火积耗散在总火积耗散中占比增大,导致系统的传热不可逆损失增加。     

R1234yf有机朗肯循环系统热力学性能研究

为提高有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）在中低温地热发电领域的效率,本文以R1234yf为工质,依据热力学第一定律与第二定律分析了系统单位质量热水净发电功率和系统?效率,并与目前应用广泛的R245fa工质进行了性能对比。研究结果表明,存在最佳蒸发温度和最佳冷凝温度,使得ORC发电系统单位质量热水净发电功率、?效率最大。对于热源温度为110℃ ~ 150℃的ORC发电系统,R1234yf对应的最大系统单位质量热水净发电功率和最大?效率均大于R245fa     

非共沸工质与纯工质在ORC系统中的特性比较研究

工质的特性是影响ORC(有机朗肯循环)系统性能的重要因素之一。建立了65~100℃低温地热水有机朗肯循环发电系统数学模型,将R245fa分别与R601a和R227ea以不同比例混合作为ORC系统的工质,比较了非共沸混合物和纯物质两类工质对ORC系统循环净功、热效率和火用效率的影响。研究结果表明:无论是纯工质还是非共沸工质,系统的循环净功、热效率和火用效率都随着热源温度的升高而增大。工质在相变过程中是否存在温度滑移,是影响ORC系统性能的重要因素之一。在65~100℃的热源条件下,综合考虑3个评价指标,当R245fa配比为0.1~0.7时,R245fa/R601a混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.012~2.48 k W、0.005%~1.15%和0.08%~10.7%;当R245fa配比为0.5~0.9时,R245fa/R227ea混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.049~4.25 k W、0.057%~1.75%和0.21%~16.1%。     

基于ORC的柴油机排气余热回收蒸发器传热特性试验与数值分析

针对某款柴油机排气余热能量,试制一种板翅式蒸发器并建立热力学模型,通过柴油机排气余热台架试验数据验证模型的准确性与有效性,分析有机朗肯循环(ORC)R245fa工质流量与柴油机排气流量的匹配关系及对蒸发器传热特性和ORC性能的影响。结果表明:在各转速满载工况下,工质流量可在有效工作区间内连续变化,而不必局限于某一指定流量,在该区间内蒸发器及ORC输出净功率和热效率均能保持较好的热力性能;蒸发器传热能力主要受工质影响,在低转速小流量时,蒸发器效能和传热单元数较高,但蒸发器传热系数和传热面积的乘积(UA)和回收的排气能量较低,限制了ORC在低转速一般工况下的应用,在高转速大流量时,传热单元数较低,但UA值和排气余热能量较高,可回收较多的排气余热能量。     

考虑蒸发器压降的有机朗肯循环性能分析

选取以R245fa为工质的地热有机朗肯循环(ORC)为对象,研究了蒸发器压降对系统性能的影响。结果表明:在给定蒸发温度下,随着蒸发器压降的提高,系统热效率和效率下降,压损功率增大,蒸发器成本先快速降低后降幅变小,存在最佳压降区间,使得系统能同时获得较高的效率和较低的蒸发器成本;随着蒸发温度的升高,蒸发器压降下降,而蒸发器成本提高,存在最佳蒸发温度区间,使得系统能同时获得较高的效率与较低的蒸发器成本;当热源温度升高时,蒸发器压降提高,且增幅逐渐增大;蒸发器成本随着板片面积的减小而降低,且降幅逐渐增大。     

中低温热水发电系统循环参数和工质的选择

针对热源为80～150℃热水的有机朗肯循环（ORC）发电系统,以发电功率和效率为评价指标,分别分析了以R134a、R123和R245fa三种工质为循环介质时的系统,确定了最佳循环参数和工质。一般来说,最佳蒸发温度对应着最大的输出电功,且随着热流体温度的升高而升高;当热源温度大于120℃时,R134a的系统不存在最佳蒸发温度,此时输出电功随着蒸发温度的升高而增大。对于80～135℃的热水,工质R245fa的发电功率最大;当热水温度超过135℃时,工质R134a的发电功率最大。工质R245fa的发电效率始终是最大的。     

低温热能有机物发电系统热力分析

首先介绍了ORC循环工质的热力学和一些性质,指出工质应满足压力、干湿性以及环保等方面的要求,然后以R123、R21和R245fa工质为例给出了热源温度低于:100℃情况下ORC发电系统的热力学模型分析,比较了不同工质下系统工作参数对ORC性能的影响规律,并且指出工质R245fa是综合考虑环保、热力性能等因素下的较好的选择.     

喷射器对地热有机朗肯循环发电系统性能的影响

为了缓解由于冷凝温度较高带来的高背压问题,提出一种带喷射器的ORC(有机朗肯循环)发电系统。针对373 K地热热源,分析了不同工质及冷凝温度下,喷射器对系统性能的影响,并将其在有/无分流2种工况下进行比较。结果表明:采用喷射装置可提高系统性能,存在一最佳升压比a使系统性能最大,其中ORC-分流喷射系统ORC-喷射系统ORC系统,若以R245fa为工质,在Tc=298 K时,经分流喷射的系统较喷射ORC及ORC系统火用效率分别高出1.89%和6.43%。工质临界温度越高,采用喷射装置对系统性能提高越大,通过分流可以削弱工质对喷射装置的影响,使其更接近ORC系统的工质表现规律:R236faR114R245faR152a。当系统冷凝温度较高时,采用喷射装置具有重要意义。     

低温蒸汽_太阳能双热源ORC发电系统热力性能分析

为充分回收矿藏热采过程尾端低温蒸汽余热,提出一种通过利用太阳能热量补充预热器中热源显热以缩小换热温差的新型低温蒸汽-太阳能双热源ORC发电系统。根据热力学第一、第二定律,建立其热力学模型,编制计算程序并进行了热力性能分析及比较。计算结果表明:采用热源补助可有效减小换热温差,进而显著提升系统热力性能。当采用R245fa作为循环工质时,与基本的ORC系统相比,选择冷端温差较小的预热器可使双热源系统火用效率显著增加;在预热器冷端温差为30 K、两系统分别采用5种不同循环工质时,双热源ORC系统的热力性能均高于基本ORC系统,且以R236fa为工质的双热源ORC系统热力性能最佳。     

R245fa作为有机朗肯循环工质的材料相容性研究

对于可再生能源和工业余热资源,有机朗肯循环技术(organic Rankine cycle,ORC)被认为是一种高效的能源回收利用技术。其中R245fa因为其自身良好的环保性以及热力性能,被认为是一种具有良好应用前景的ORC工质。对于ORC系统来说,工质的材料相容性是保证系统稳定运行的基础。针对ORC系统实际工况,确定部件、温度、材料等因素的对应关系,提出一套适用于ORC工质材料相容性研究的实验方法,并以R245fa为例开展了实验研究。实验结果表明,在高温条件下,304不锈钢与R245fa的相容性要优于铜材料;同时在橡胶密封材料的选择上,不建议使用氟橡胶,且三元乙丙橡胶的相容性要优于聚四氟乙烯。     

以R32和R245fa为工质的重力热管传热特性

对以R32和R245fa为工质的长3m、管内径为40mm、管外径为44mm的重力热管开展了传热性能实验研究。热源为恒温水浴,冷源为固定进口温度和流量的冷水。实验得出了不同热源温度下的热管传热负荷、工质蒸发换热系数和冷凝换热系数,并与经典拟合公式的预测值进行了对比。实验分析对比表明,R32更适宜工作在热源温度为常温到50℃的工况,R245fa更适合工作在50~100℃的热管工况。     

低温地热双循环式发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热性能实验研究

以R245fa为工质,搭建有机朗肯循环（ORC）发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热测试平台,研究有机工质喷淋密度,地热水初温及流率等因素对管外换热系数的影响。实验结果表明：随着有机工质喷淋密度、地热水初温、地热水流率的增大,传热系数均先增大后减小。最后,根据实验结果,对现有横管喷淋降膜蒸发器的管外传热系数经验公式的参数进行修正。     

有机朗肯循环在低温余热利用领域的应用分析

本文计算比较了R134a, R245fa, R141b三种典型有机工质在特定传热条件下的朗肯循环热效率情况,最后选择R134a作为系统循环工质。以某化工厂温度为105℃的排空蒸汽余热为案例,提出了有机工质朗肯循环的简化模型,并且在理论上对其进行了热效率和火用效率的分析。依据条件通过计算选择了压比为4的螺杆膨胀机代替了传统的汽轮机,计算出R134a流量以及蒸发器的结构参数,利用软件对蒸发器的传热进行了数值模拟。     

非共沸混合工质用于C-ORC系统的热力学分析

以低温烟气为热源,以R245fa、R152a及不同比例R245fa/R152a混合物为工质,提出新型的再热-抽汽-内回热联合有机朗肯循环(C-ORC)系统,基于美国NIST提供的制冷剂物性参数查询软件(REFPROP)及数学处理软件(MATLAB)混合编程,以净输出功和热效率为主要目标参数,分析系统性能随抽汽回热器出口温度、再热温度、不同比例混合工质的变化关系。结果表明,相同蒸发温度下纯工质R245fa的热力性能优于R152a,其最佳的抽汽回热器出口温度分别为70和55℃,抽汽回热器出口温度对系统的影响要大于再热温度的影响;混合工质分析中,在70℃抽汽回热器出口温度、105℃再热温度下,存在R245fa/R152a最佳质量分数比0.85/0.15,对应的净输出功为37.18 k W、热效率为18.52%、火用损为30.08 k W,其中蒸发器、冷凝器所占的火用损最大。     

柴油机废热利用的ORC系统特性研究

以柴油发动机缸套水和尾气废热为热源,设计开发了有机郎肯循环ORC的热力循环系统及发电装置。在该系统中,采用R245fa作为循环工质,以板式蒸发器和冷凝器作为工质相变的换热元件,机械能与电能转化。ORC系统测试结果表明,在ORC系统和发动机长时间稳定运行,稳定发电量14.4kW,发电效率7.2%;净发电量12.45kW,净发电效率6.25%。在保持发动机稳定运行和冷却水全部进行大循环的前提下,发动机出水温度降低,有利于总发电量和净发电量的提升。     

超_亚临界ORC联合发电系统热力性能分析

本研究在单纯超临界、亚临界的ORC(有机朗肯循环)发电系统基础上,提出一种新型超临界、亚临界ORC联合发电系统,并建立其理论模型。通过编制计算机程序,分别对单纯超临界、亚临界ORC以及新型联合发电系统的热力性能进行比较。结果表明:采用R143a、R245fa作为联合系统的两循环区工质,当依次单独改变超临界、亚临界区蒸发压力时,各循环区质量流量变化与单纯超临界、亚临界ORC相似。前者随蒸发压力的增大而逐渐递增,后者则呈相反变化趋势,联合发电系统的热力性能均优于单纯超临界、亚临界ORC。同时随两循环区蒸发压力的增大而不断提高,但增幅减小,且提高超临界区蒸发压力可使系统热力性能最佳。采用R134a、R245fa作为系统两循环区有机工质,可使联合发电系统火用损失达到最小。     

柴油机废热驱动有机朗肯循环的理论和试验

对柴油机废热驱动有机朗肯循环(ORC)发电系统的4种方案进行了理论分析;并以200,kW柴油发电机废热回收为对象,设计一台以R245fa为循环工质的废热驱动ORC发电系统样机.在柴油发电机输出功率为180,kW时,分别以"发动机冷却液"和"发动机冷却液和尾气"为热源,测试ORC系统的循环性能.结果表明:单独依靠发动机冷却液驱动ORC系统时,节温器开闭导致系统无法稳定工作.当强制开启节温器、R245fa流量从0.32,kg/s增大到0.41,kg/s时,冷却液出水温度迅速下降,而系统净发电量单调递增至3.1,kW;净效率曲线呈先增后减的变化趋势,并在0.35,kg/s时达到3.8%的最大值.当发动机冷却液和尾气共同驱动ORC系统时,系统净发电量可达9.9,kW,净效率为6.3%.     

基于定热源的两种有机朗肯循环系统的经济性分析

为了分析热源条件约束下两种有机朗肯循环系统的热力性能和经济性的差异,文章根据热力学理论,选取3种工质分别建立无内回热式有机朗肯循环系统和内回热式有机朗肯循环系统的热力模型和经济性模型。通过计算比较了两种系统的热力性能和经济性,并分析了排烟温度对系统经济性的影响。分析结果表明:当采用相同工质的两种系统的净功率相等时,所对应的排烟温度为等效排烟温度;当排烟温度高于等效排烟温度时,IORC系统的净功率高于ORC系统;当工质相同时,IORC系统的投资成本高于ORC系统,IORC系统的净功率高于ORC系统,且二者的差值较小,导致IORC系统的电力生产成本较高,经济性较低;排烟温度不受约束时,采用R123的ORC系统经济性最佳;当排烟温度不高于75℃时,采用R245fa的ORC系统经济性最佳。