海洋温差能ORC系统多目标函数优化研究

以系统净功、不可逆能量损失等作为目标参数,建立海洋温差能ORC系统多目标函数优化体系,研究蒸发温度、冷凝温度、工质流量、温海水出口温度等对系统性能的影响。研究结果表明:存在最优参数值使得系统性能最优;冷凝温度越高,最优蒸发温度越高,系统目标值越大,系统性能越差;文章所选取的6种工质中,R227ea能耗最低,R141b能耗最高;温海水的适宜出水温度为19~20℃。     

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%。     

含R227ea的混合制冷剂替代R22研究

由于R410，R407系列混合制冷剂在替代R22方面的不足，更多新型的制冷剂列入了研究。R227ea具有良好的环境性能，最典型的特点是具有很好的阻燃性。文章对含R227ea各种混合物进行了理论计算和比较，并对其安全性进行了分析。计算结果表明，混合物R32／R134a／R227ea及R32／R125／R227ea不论是COP还是Qv值，都能和R22相匹配，而且优于R410A的最大特点是其冷凝压力大大降低，甚至低于R22，非常有利于原装置替代。     

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。     

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.     

基于MOSSA算法的混合工质双压ORC系统多目标优化

以R141b/R245fa混合工质为研究对象,利用Matlab软件建立混合工质双压有机朗肯循环(ORC)系统数学模型,分析混合工质组分、高压蒸发温度、低压蒸发温度对系统热力、经济、环境性能的影响。采用多目标麻雀搜索(MOSSA)算法对系统热力、经济、环境性能进行多目标优化,并对3种性能的函数关系进行拟合。结果表明:系统热效率与R141b质量分数呈负相关,随高压蒸发温度呈先增大后减小趋势,存在最佳高压蒸发温度使系统热效率达到最大,与低压循环蒸发温度呈正相关;混合工质双压ORC热经济环境三目标优化的Pareto最优解(η_orc,LEC,ECE)为(0.134 3,0.701 9元/kWh,11.605 kgCO₂eq/kWh),综合性能最优时的运行参数为R245fa质量分数为0.1,高压循环蒸发温度为387.65 K,低压循环蒸发温度为357.83 K,窄点温差为5.02 K,提高系统热力性能和环境性能必然会降低其经济性能。     

R125/R290混合工质热泵制冷剂变流量特性研究

对混合工质R125/R290(25/75,质量配比)热泵变制冷剂流量特性进行了实验研究,并以55℃热汇出口温度为例,与被替代工质R134a和R22进行了对比分析。研究结果表明:随着制冷剂流量增大,排气温度线性下降,单位质量制热量则先上升后下降,系统COP随着制冷剂流量的增加表现为先线性增加后缓慢下降的趋势;在混合工质流量为1.12kg/min时,系统出现最大COP值3.040;系统火用效率则随着制冷剂质量流量的增大而增大。整个实验工况范围内,传热温差窄点一直保持在换热器中间部位。实验结果表明,在实验工况范围内,R125/R290(25/75)有望成为R134a及R22的替代工质。     

纯R23及其混合工质管内蒸发数值模拟研究

针对自复叠制冷系统中非共沸工质不能完全被分离而有少量高沸点工质混入蒸发器的问题,采用FLUENT软件分别对纯R23制冷剂及含有质量分数为8%R134a的R23混合制冷剂进行了U形蒸发器内的数值模拟。结果表明:纯R23的管内蒸发速率明显大于含有8%R134a混合制冷剂的管内蒸发速率;相比于纯制冷剂,混合制冷剂分界面上易挥发组分的蒸发导致界面的饱和状态温度升高,从而传递给气泡热量的有效温差变小;混合工质的传质阻力也使气泡的生长速率降低,导致核态沸腾变弱,故混合工质更易到达完全抑制状态,传热恶化致其蒸发速率小于纯制冷剂。     

15kW等级闭式海洋温差KSC-11发电系统的性能分析

对15kW等级混合工质海洋温差卡林纳-11循环(简称KSC-11)系统进行计算和分析。结果表明,对于给定的透平进口压力,KSC-11系统存在相对应的最佳氨质量分数。对于给定氨质量分数的KSC-11系统,也存在相对应的最佳透平进口压力。在可利用海水温差19℃条件下,15kW等级KSC-11系统中,氨质量分数对最大净功影响不大,对应最佳透平进口压力为0.60～0.75MPa;氨质量分数为0.95的KSC-11系统综合性能最好,单位净功产量的换热器总面积γ为6～7m2/kW,对应的最佳透平进口压力为0.75MPa。     

海洋温差发电系统蒸发压力及工质优选分析

文章基于热力学原理,建立了海洋温差发电系统仿真模型,分析了R717,R134a和R600这3种工质系统的性能参数随蒸发压力的变化。研究结果表明:随蒸发压力的增大,不同工质系统的蒸发器和冷凝器的热负荷和海水泵功率均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的泵功率均近似呈指数递增的变化趋势,不同工质系统的质量流量均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的热效率均近似呈对数递增的变化趋势;蒸发压力越大,R717和R600工质系统的单位换热面积发电量越大,但R134a工质系统的单位换热面积发电量随蒸发压力的增加存在峰值;在不同工质的饱和蒸汽压力下,R600工质系统的单位换热面积发电量最大,但其透平进出口压降较小,乏汽温度高,工质流量大,导致透平尺寸较大;R717工质系统具有较大的蒸发压力操作范围,且其热效率较大,单位换热面积发电量在合适的范围内,适用于海洋温差能发电系统。