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.     

用于高温热泵蒸汽系统的几种工质的循环性能

建立了高温热泵蒸汽系统的热力学模型。在蒸发温度为60℃,冷凝温度为120~140℃的工况下,进行经过初步筛选的4种高温热泵纯工质(R123,R141b,R245ca,R245fa)和传统高温热泵工质(R114)的循环性能对比研究。结果表明:R245fa的综合循环性能良好,单位容积制热量最高,其性能系数(COP)比R114平均高13.65%,压缩比与R114最接近;在符合干压缩要求的前提下,排气温度较低,而且环境友好,可作为高温热泵蒸汽系统的工质。     

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%。     

低GWP工质闪蒸补气式高温热泵性能对比

高温热泵作为一种有效的节能技术可以满足大多数的工业用热需求,遴选安全、环保、高效的制冷剂是当前高温热泵技术研究的重要工作之一。针对闪蒸补气式高温热泵,基于EES（Engineering Equation Solver）软件建立系统数学模型,以性能系数（COP）、制热量、单位容积制热量、冷凝压力、压缩比以及压缩机排气温度为性能指标,在冷凝温度 ≥ 100℃,温升分别为40℃、50℃和60℃工况下,对R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1336mzz(Z)和R1234ze(Z) 四种氢氟烯烃制冷剂在闪蒸补气式热泵系统中的应用潜力进行分析,并与R245fa比较。结果表明,R1336mzz(Z) 的COP最大、冷凝压力最低,但单位容积制热量最小,相对适用于小容量供热系统;R1234ze(Z)的单位容积制热量最大,且COP与R245fa相当,是R245fa的良好替代工质,尤其适用于大容量高温升供热系统;R1233zd(E) 虽然单位容积制热量偏低,但其COP、制热量和冷凝压力相对R245fa具有显著优势,亦可作为R245fa的替代工质;与R245fa相比,R1224yd(Z) 的热力性能无明显优势。     

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。     

非共沸混合工质应用于复叠式高温热泵系统低温回路的试验研究

为研究不同滑移温度的混合工质应用于复叠式热泵系统低温回路对热泵机组性能的影响,搭建复叠式高温热泵实验台,选用R245fa与R134a/R245fa(质量比分别为9:1、8:2、7:3、6:4)作为高温、低温级循环工质,蒸发器进水温度在20～40℃,冷凝器出水温度在110～130℃的情况下进行试验,并对机组的COP、制热...     

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.     

太阳能驱动的有机朗肯-喷气增焓（带二次吸气的增效）蒸汽压缩制冷系统性能分析

为有效利用太阳能,以有机朗肯−喷气增焓（带二次吸气的增效）蒸汽压缩式制冷系统为研究对象,建立了系统的热力学模型,分别选取R236fa、R245fa、RC318和R141b作为系统工质,研究了发生温度、凝结温度、冷凝温度、蒸发温度、膨胀机等熵膨胀效率及压缩机等熵压缩效率对系统性能的影响,并以系统性能最佳为目标对工质进行了优选。计算结果表明：对整个系统而言,R141b是最合适的工质,凝结温度和冷凝温度对系统性能有重要影响。以R141b为例,当发生温度在85℃、凝结温度为40℃、冷凝温度为40℃、蒸发温度为 −15℃时,系统COP_s达到0.2528,采用喷气增焓技术对于环境温度很低、太阳能资源丰富的北方地区具有很大的优势。     

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。     

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。     

Parametric Analysis of Dry Hydrocarbons on the Performance of Organic Rankine Cycle Improved by Working Fluid Reheating

In this paper, the performance of organic Rankine cycle with a two‐stage turbine and internal heat exchanger, considering different dry hydrocarbons as working fluid, has been analyzed. This thermodynamic analysis is done using Engineering Equation Solver version 8.379 software. The influence of working fluid reheating has been studied and the critical temperatures for the thermal and exergy efficiencies are determined. Results show that thermal and exergy efficiencies increase with working fluid reheating and also through a two‐stage turbine. RC‐318 is a good replacement for R‐236fa, R‐113 has a better efficiency than R‐236fa, R‐245fa, and iso‐butane and finally cyclohexane can achieve the highest efficiency. Although the maximum value of efficiencies for each one of working fluids are different, but all of these maximum values almost happen at a unique value of relative pressure of the cycle. The same result has been presented for variation of turbine inlet temperature.     

Effect of dry hydrocarbons and critical point temperature on the efficiencies of organic Rankine cycle

Higher efficiencies and optimal utilization of geothermal energy require a careful selection of the working fluid in organic Rankine cycles (ORC). The objectives of this study are to analyze and explain the effect of using alternative dry fluids on the efficiencies of the ORC and compare them with other refrigerants. In addition, the effect of the critical temperature on the thermal and exergetic efficiencies will also be determined. Results showed that iso-pentane is a good replacement for R-113, while neo-pentane outperformed C₅F₁₂. In addition, n-butane showed better efficiency than RC-318, R-236fa, and R-245fa. The best working fluid in the studied system was n-hexane, while R-227ea was the worst. It was also found that efficiencies correlate with the critical temperature of the working fluid where a strong functionality was noticed in the studied range. The contribution of the evaporator to the total exergy destruction was the most relevant, while the pump contribution was marginal. It is concluded that thermodynamically, hydrocarbons are superior to some refrigerants and could be the next generation working fluids for geothermal or waste heat recovery systems.     

余热驱动的有机朗肯循环-复叠式制冷系统?分析

针对余热的有效利用,建立了有机朗肯循环-复叠式制冷系统的热力学模型,其中:有机朗肯循环系统分别采用R123、R1234ze、R245fa、R600a、RC318、R141b等六种工质;复叠式制冷系统分别采用R22/R23、R404/R23、R290/R744、R717/R744等四种工质对。选择系统?效率作为性能评价指标,运用热力学第二定律研究系统运行参数对系统?效率的影响,分析了系统各部件的?损失,并指出了能量利用的薄弱环节,提出了有效提高系统性能的建议,为系统的优化提供参考。结果表明,对系统?效率而言,R141b和R717/R744是最佳工质。系统主要部件按?损失大小依次为凝汽器、膨胀机、高温级冷凝器、发生器、高温级压缩机、低温级蒸发器、蒸发冷凝器。尽可能提高压缩机的等熵效率,优化设计换热器的结构,减小传热温差,才能减少不可逆损失,提高换热器的?效率。     

非共沸工质双压冷凝热泵热水器性能研究

提出一种双压冷凝梯级加热热泵热水器（DPS）系统新构型,采用碳氢非共沸工质作为制冷剂,可实现热水的连续梯级低损加热,采用黄金分割法对系统热力性能进行优化。结果表明,非共沸工质的DPS系统的热力学性能优于纯质的DPS系统和单级热泵系统,双压冷凝系统在最优中间水温时取得最大COP。名义工况下,采用R600/R601a(40/60)的DPS系统COP高达5.17,相对采用纯质的DPS系统和单级系统分别提高9.45%和14.25%。采用温度滑移合理的非共沸工质可显著减少损,改善冷凝器的热匹配特性,系统效率最高提升11.70%,名义工况下推荐R600/R601a(40/60)作为工质对。     

新型城市低温地热冷热电联产系统热力性能分析

为节约及合理利用能源,提高城市能量总能系统利用率,基于有机朗肯循环(ORC)和冷热电联产(CCHP),提出了一种新型的城市低温地热冷热电联产系统(以下简称ORC-CCHP系统)。根据热力学第一、第二定律,建立了热力学模型,编写计算机程序进行了系统的热力性能分析。结果表明:采用R245fa、LiBr溶液作为ORCCCHP系统循环工质时,选择窄点温差较小蒸发器可获得更高火用效率;增加太阳能集/蓄热系统,提高热流参数,减小换热温差,可进一步提升系统热力学性能;系统分别采用5种不同有机工质时,R236fa使系统的热力性能达到最佳,并在蒸发压力为0. 62 MPa、窄点温差为0 K时,ORC-CCHP系统获得最大净输出功为1 948 kW,系统火用效率为19. 28%,系统火用效率最高值为85. 78%。     

基于模糊层次分析法的制冷剂选择

制冷剂选择是复叠式热泵研究的一个重要方向。在分析模糊、灰色关联在制冷空调领域应用及复叠式热泵制冷剂选择研究现状基础上,采用模糊层次分析法构建了包括安全性、热力性能、环保性能、成本和热物性5个方面共27个指标组成的制冷剂评价指标体系,建立制冷剂性能综合评价模型,利用该模型在47种纯工质范围内为复叠式热泵选择合适的工质。结果表明,综合性能较好的制冷剂组合为R134a/R601a、R134a/R601、R1234yf/R236ea等。