基于遗传算法的有机朗肯循环系统参数优化

在有机朗肯循环系统中,汽轮机进口压力与进口温度是影响系统性能的重要因素.遗传算法在参数优化方面,具有显著的优点,广泛的应用于优化领域,是目前影响较广泛、应用较多、比较成熟的优化算法.本文采用遗传算法,对以R600,R600a,R245fa,R236fa,R236ea,R601,R601a,RC318,R227ea作为循环工质的有机朗肯循环系统进行参数优化,得出在特定的进口压力和进口温度的条件下,系统具有最小的总不可逆损失.     

基于Ebsilon的中低温地热发电系统分析

基于Ebsilon软件,对某中低温地热发电系统的闪蒸式发电、纯有机朗肯循环以及有机回热朗肯循环发电方式进行了计算与比较,通过筛选以R245fa作为有机朗肯循环工质的计算结果显示:纯有机朗肯循环比闪蒸式发电能源利用效率可以提高62.9%,而回热有机朗肯循环比纯有机朗肯循环的能源利用效率提高8.7%。计算结果可为中低温地热发电系统能源有效利用提供指导。     

车用内燃机变工况下有机朗肯循环系统性能的分析

通过试验和理论研究,得出了一台车用柴油机在全工况范围内可用排气能量的变化规律,据此设计了一套有机朗肯循环余热回收系统,分别采用纯工质R245fa和非共沸混合工质R416A作为系统的工作介质。针对车用柴油机有机朗肯循环联合系统,提出了有用功提升率评价指标。通过数值计算,研究了不同柴油机工况下,有机朗肯循环系统和联合系统工作性能的变化规律,得出了有机工质质量流量与柴油机可用排气能量的对应关系。研究结果表明:随着柴油机转速和转矩的增加,两种工质(纯工质R245fa和非共沸混合工质R416A)的有机朗肯循环系统的净输出功率均逐渐增加,最大值分别为30.39kW和28.03kW;两种工质的车用柴油机有机朗肯循环联合系统的有用功提升率最大分别为9.00%(纯工质R245fa)和9.70%(非共沸混合工质R416A);采用非共沸混合工质R416A的性能优于采用纯工质R245fa。     

分级抽汽回热式太阳能低温有机朗肯循环系统的热力性能分析

研究了分级抽汽回热式太阳能低温有机朗肯循环系统的热力性能。以R600和R245fa作为循环工质,利用热力学第一定律和第二定律,在不同的蒸发温度和膨胀比的条件下,对分级抽汽回热式系统和基本有机朗肯循环系统的热力性能变化进行比较和分析,指出分级抽汽回热式系统的热效率和效率更高,产生的不可逆损失更小,具有更优越的性能。     

不同工质对太阳能有机朗肯循环系统性能的影响

循环工质的特性是影响有机朗肯循环系统性能的重要因素之一,在不同的蒸发温度条件下,选取R600、R600a、R245fa、R236fa、R236ea、R601、R601a、RC318及R227ea共9种有机工质,基于热力学第一定律和第二定律对其热力循环特性进行了计算分析,并对各有机工质的蒸发压力、热效率、功比和不可逆损失等进行了比较.结果表明：R245fa作为太阳能低温热发电朗肯循环系统的循环工质具有较高的热效率和效率,并且产生的系统总不可逆损失较小,是一种较理想的有机工质;其次,R236fa和R236ea作为系统循环工质也具有较为良好的性能.     

有机朗肯循环与再热式循环低温热源发电系统热力性能研究

针对120℃以下的低温余热热源,探讨了基本有机郎肯循环发电系统和再热式有机朗肯循环发电系统模型的基本原理.从热力学第一定律角度出发,研究了纯工质R245fa和非共沸混合工质R21/R245fa在基本有机郎肯循环系统中,以及纯工质R245fa在再热式有机郎肯循环系统中,三种形式的有机郎肯循环系统热力性能随蒸发温度的变化情况.与纯工质基本有机郎肯循环系统相比,再热式有机郎肯循环最大可提高系统净输出功7.08％,而混合工质对提高整个系统热力性能具有较大的优势,净输出功和热效率最大可提高4.67％和2.91％.     

有机朗肯循环低温热发电系统热力性能分析

研究了汽轮机蒸发温度和膨胀比对有机朗肯循环低温热发电系统的影响。以R600、R601、R245fa、RC318四种有机工质为例,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的影响。     

应用热力学分析方法与AHP_熵值法对ORC的工质比较及优化

选取4种有机工质R245fa、R123、R600和R141b做为循环工质,采用火用分析方法在烟气入口温度为150℃、出口温度为75℃的条件下,在蒸发温度为80-140℃范围内对4种有机工质的亚临界有机朗肯循环进行分析,发现系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功随蒸发温度的升高而升高,火用损失随蒸发温度的升高而降低。当蒸发温度达到140℃时,系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功均达到最大值,而火用损失达到最小值。因此,4种有机工质蒸发温度在80-140℃范围内的最佳蒸发温度都为140℃,且4种工质中R141b的有机朗肯循环系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功最大,火用损失最少,所以R141b为该系统的最适合工质,R123、R600和R245fa依次次之。以系统总火用损失、热效率、火用效率和净输出功为评价指标,采用层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP),通过熵值法确定权重因子,得到R600和R245fa的综合评价指标ξ,发现R600比R245fa更优。     

太阳能超临界有机朗肯循环的工质选择和性能分析

选取R123、R134a、R152a、R22和R245fa 5种有机工质作为候选工质进行太阳能超临界有机朗肯循环的计算和分析。结果表明:当膨胀机出口工质过热度一定时,太阳能超临界有机朗肯循环的热效率高于亚临界工况,且R123在系统热效率方面表现出比其他工质更加明显的优势,是一种较理想的有机工质。以R123为例,蒸发器出口温度一定时,随着蒸发压力的升高,有机朗肯循环的工质流量不断增大。蒸发压力一定时,随着蒸发器出口温度的升高,工质流量不断减小,循环热效率先增后减,存在一个最佳的蒸发器出口温度,此时循环热效率最大。     

利用地热能的双压有机朗肯循环性能分析

根据地热利用系统回灌的要求,对热源在系统出口处的温度进行限制,研究了双压有机朗肯循环（DPORC）中的热量分配以及随运行时间的系统性能变化,针对5种不同的有机工质进行了计算分析。研究表明：系统热力学性能的最大值和有机工质流量的最小值在同样的k值（热源提供给高压循环的热量与热源为DPORC提供的热量比）处获得。而采用R600和R245fa系统的净输出功率较大;相比R601,采用R245fa可以将系统的净输出功率提高168.06 kW（5.55%）,热效率和效率分别可提高0.70%和2.86%。相比于单压有机朗肯循环（SPORC）,DPORC可以有效减小系统随运行时间净输出功率降低的幅度。经过40 a的运行,采用R601的系统净输出功率降低幅度最低（428.11 kW, 14.14%）,而采用R600系统的净输出功率降低幅度最大（526.75 kW, 16.55%）。     

烟厂锅炉烟气余热发电系统变工况性能模拟研究

利用有机朗肯循环发电技术回收利用烟厂锅炉烟气余热资源,既有助于解决节约能耗问题,又能有效减少环境污染,具有十分重要的现实意义。以R245fa(五氟丙烷)作为有机朗肯发电系统的循环工质,模拟分析了烟气入口温度、蒸发温度、凝结温度及工质流量变工况条件下对有机朗肯发电系统的影响。结果表明:系统发电效率随烟气入口温度变化存在最大值,当烟气入口温度为300℃时,系统发电效率的最大值为15.61%。开展此项研究对有机朗肯循环在烟厂锅炉烟气余热发电领域的应用具有一定的指导意义。     

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。     

车用有机朗肯循环各参数对发动机性能的影响

针对有机朗肯循环系统,选取五氟丙烷(R245fa)、乙醇、三氟氯丙烯(R1233zd)、环戊烷等4种工质进行研究,通过试验分析蒸发温度、膨胀比、等熵效率、过热度等参数对系统净功率、热效率的影响。结果表明,增大膨胀机等熵效率可提高系统净功率,在燃烧完全的情况下4种工质中选用乙醇和R1233zd更利于改善发动机燃油率,并对有机朗肯循环系统中的膨胀比、过热度和蒸发温度等参数的选择提出建议。     

低温有机朗肯循环的工质选择及系统性能分析

选取R123,R141b,R245ca,R245fa,R601,R601a作为有机朗肯循环的工质,在不同蒸发温度条件下,对其热力循环特性进行了计算分析,以热力学第一定律和第二定律为基础进行了比较.结果表明,R141b是适合本循环系统的最佳工质.同时还研究了汽轮机进口温度和进口压力对该系统的净功量、吸热量及热效率的影响.     

工质R123和R245fa的有机朗肯循环热力性能

在回收热量一定的条件下,运用热力学第一定律建立了有机朗肯循环热力分析模型,基于蒸发参数法展开了工质R123和R245fa的优选研究。计算结果表明:相同蒸发参数下,工质R123的循环热效率高于工质R245fa;相同蒸发温度下R123具有低压特性,这有利于系统的安全运行。从工质的环保性和热力性能来综合考虑,认为工质R123优于工质R245fa。     

内可逆有机朗肯循环有限时间热力学优化

运用有限时间热力学理论建立了循环总换热面积一定时,考虑热源与循环工质的传热损失的亚临界简单内可逆有机朗肯循环模型。采用R245fa作为循环工质,分析了总换热面积、蒸发器面积比和循环工质的质量流率对循环净输出功率、热效率和热源出口温度的影响,发现合理选择上述参数可使循环的性能参数较优。所得结果对亚临界有机朗肯循环装置的设计和使用具有一定的指导意义。     

利用中低温余热的回热有机朗肯循环性能分析

通过选取R227ea、R600和R141b 3种典型有机干流体作为工质,在热源流体进口温度设定为典型工业锅炉排烟温度423.15 K,冷却水进口温度和环境温度分别设定为283.15 K和293.15 K的条件下,分析蒸发温度、过热度和给水加热器出口处工质温度对回热有机朗肯循环性能的影响,比较回热有机朗肯循环与基本有机朗肯循环的性能。结果表明:随着蒸发温度的增大,循环总不可逆损失减小,循环热效率和第二定律效率增大,而循环输出净功率则先增大后减小;随着过热度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率均减小,而循环热效率和第二定律效率的变化趋势则因工质而有所不同;随着给水加热器出口处工质温度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率不断降低,而循环热效率和第二定律效率则先增后减;在相同工况下,回热有机朗肯循环的循环热效率和第二定律效率高于基本有机朗肯循环,但对于循环输出净功率和循环总不可逆损失,结果则相反。     

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%。     

亚临界有机朗肯循环系统的热经济分析与优化

以系统发电成本(electricity production cost,EPC)为评价指标,对用于回收工业锅炉烟气余热的有机朗肯循环(ORC)系统进行了热经济分析与优化。结果表明,随着蒸发器和冷凝器节点温差的增大,系统发电成本先减小、再增大,即存在一组最优的蒸发器和冷凝器节点温差使发电成本最小。分别以纯工质R245fa和R236ea、非共沸混合工质R141b/RC318和乙烷/丁烷为循环工质,得到了最小发电成本时有机朗肯循环系统的最优工作参数,以及对应的系统净输出功、热效率和火用效率。     

基于有机朗肯循环的低温余热发电系统设计与分析

设计了基于有机朗肯循环的低温余热发电系统,并对其进行详细的分析与研究。实验主要采用涡旋膨胀机与永磁同步发电机,工质采用R600a,实验分析了整个系统的运行特性和有机朗肯循环的性能,研究了永磁同步发电机转速、热源温度、工质泵频率对系统电能、质量流量、热电转换效率的影响,分析了影响有机朗肯循环系统的主要因素。通过数据分析得出低温余热发电系统的热机转换效率为7.2%、最大输出电能为440 W、发电机的最佳转速为2 150 r/min。