液氮发动机循环可用能及效率分析

针对液氮发动机开始朗肯循环过程可用能损失较大的问题,提出分析方法,研究液氮发动机开式朗肯循环过程中可用能损失分布;研究并设计液氮二级再热系统,分析液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环.结果表明,排气是可用能损失的主要环节之一,约占系统输入可用能的20%;且初始膨胀温度受环境温度限制是导致排气可用能损失的主要原因.再热系统可以消除环境温度因素对循环效率提高的限制;采用二级再热膨胀系统,选取合理的再热温度和二级膨胀压力可以得到更高的效率.采用液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环,可以将无法直接做功的内燃机常压高温排气的温度转化为液氮发动机进气可用能,等质量工质的联合循环将整个系统的平均效率提高了8.06%.     

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。     

以蒸汽和R245fa为介质的有机朗肯循环蒸发器设计及测试研究

文中介绍了一种适用于热源及工质均发生相变的换热器分段设计方法,筛选了相应的关联式.使用该方法,对一台以饱和蒸汽及R245fa为换热介质的有机朗肯循环蒸发器展开设计,蒸发器热负荷为3.6 MW.为验证设计的准确性,对该换热器进行实验测试,在设计工况附近测得蒸发器的热负荷及综合换热系数仅比设计值低2.6%和9.1%,表明本文所使用的设计方法可行,选用的关联式精度较高.研究结果同时表明,以饱和蒸汽为热源的蒸发器换热窄点在换热器的进口或出口处,而不是在工质的泡点处.忽略单相(过热和过冷)段的换热面积,将为设计结果带来较大偏差.     

液氮发动机试验及效率分析

为了解液氮储能气动发动机的工作特点，实现液氮可用能的高效利用，搭建了液氮动力系统试验台架，测试了发动机在进气压力为0.1～1 MPa和转速为300～1 500 r/min区间内的动力性能和经济性能.分析了试验结果所展现的液氮发动机的动力性能和经济性能随进气压力和转速的变化规律.试验发现,发动机的输出功率与进气压力成正比关系；气阻现象使得发动机效率不随系统压力的增加而增加.系统的不可逆损失归结为内部不可逆损失和外部不可逆损失两部分并建立了相应的数学模型，结合试验数据，计算了液氮的单位质量可用能在系统中的分配.结果说明漏气损失与系统输出具有相同的量级，应该杜绝系统的漏气；换热损失消耗了大部分的液氮可用能，构建高效的液氮动力系统，必须采用多级循环.     

发动机热力循环参数对流路参数的影响

为了研究航空发动机热力循环参数与流路参数之间的相互影响关系,基于航空发动机稳态性能计算模型和涡扇发动机流路参数计算模型,建立航空发动机热力循环参数与流路参数之间的迭代模型。利用该计算模型研究了军用小涵道比涡扇发动机总增压比、涡轮前温度和涵道比等热力循环参数变化对发动机流路参数、涡轮AN²值等参数的影响。研究结果表明,总增压比、涡轮前温度、涵道比对发动机流路参数和AN²值等有非常大的影响。在尺寸和级数不变的情况下,增加总增压比会带来核心机部件气动负荷和机械应力的增加;涡轮前温度增加有利于降低涡轮AN²值;涵道比增加导致核心机部件尺寸减小,低压涡轮尺寸增加。该计算模型能够实现在开展航空发动机热力循环参数分析时,兼顾考虑部件流路尺寸、叶轮机负荷系数和涡轮AN²值等参数,在航空发动机总体性能概念设计阶段具有较好的工程实用价值。     

氨—水朗肯循环的优化设计

对氨－水混合物为工质的地热源动力循环进行了优化设计,介绍了具有最大循环输出功率的换热网络转运模型,优化结果表明,透平排汽的余热回收程度越高,循环输出功率和热效率也越高,同时也表明,采用换热网络转运模型优化后的循环具有最大的循环输出功率和热效率。     

柴油机排气余热的有机朗肯循环发电系统

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统.在该系统中,采用R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律.研究结果表明,当蒸发温度低于367.46 K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367.46 K低于404.6 K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高.     

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.

     

Power System of Diesel Recovery With a Engine Waste Heat ORC System

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统．在该系统中,采用R245fa（1,1,1,3,3-五氟丙烷）作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律．研究结果表明,当蒸发温度低于367．46K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367．46K低于404．6K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高．     

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。     

An approach for IC engine coolant energy recovery based on low-temperature organic Rankine cycle

To promote the fuel utilization efficiency of IC engine, an approach was proposed for IC engine coolant energy recovery based on low-temperature organic Rankine cycle(ORC). The ORC system uses IC engine coolant as heat source, and it is coupled to the IC engine cooling system. After various kinds of organic working media were compared, R124 was selected as the ORC working medium. According to IC engine operating conditions and coolant energy characteristics, the major parameters of ORC system were preliminary designed. Then, the effects of various parameters on cycle performance and recovery potential of coolant energy were analyzed via cycle process calculation. The results indicate that cycle efficiency is mainly influenced by the working pressure of ORC, while the maximum working pressure is limited by IC engine coolant temperature. At the same working pressure, cycle efficiency is hardly affected by both the mass flow rate and temperature of working medium. When the bottom cycle working pressure arrives at the maximum allowable value of 1.6 MPa, the fuel utilization efficiency of IC engine could be improved by 12.1%.All these demonstrate that this low-temperature ORC is a useful energy-saving technology for IC engine.     

液氮—斯特林联合循环的理论分析

对液氮的基本工作模式提出了两种改进的方案。考虑到开式朗肯循环中存在工质的相变和液氮汽化过程中的大量吸热及控制换热器管结霜的设计要求,在改进方案中引入以氦气为工质的斯特林发动机,组成两种液氮-斯特林联合循环.由各种工况下的计算结果可知这两种方案能大幅提高液氮的比功,在较低的工作压力下即能实现最大的比功输出.     

气动发动机理想循环的优化设计

为了对气动发动机进行效率分析和参数整合与优化,提高发动机的工作效率和经济性,提出一个能代表气动发动机工作过程、特征明显的理想热力循环.利用变质量热力学理论对该循环建模,分析了不同工作参数和气缸的几何参数对气动发动机工作过程的影响.提出并推导了4个效率评价指标以从不同角度评价气动发动机的工作状况.经过多目标规划计算后得到了气动发动机在最佳工况时的工作参数和气缸的几何尺寸.分析结果表明,当进气压比为32,气缸压缩比为13时,系统的效率最高,而进气温度对优化结果没有影响.     

Performance analysis and improvement of geothermal binary cycle power plant in oilfield

In order to improve the efficiency of a geothermal power plant, oil wells in the high water cut stage were used as geothermal wells, thereby improving the recovery ratio and economic benefit. A new function that reflects both the technical and economic performances was put forward and used as the objective function. An organic Rankine cycle (ORC) was analyzed through the energetic and exergetic analyses, and the reasons for low efficiency were pinpointed. Results indicate that geothermal water directly transferring heat to the working fluid reduces energy dissipation and increases cycle efficiencies. The net power output with an internal heat exchanger (IHE) is averagely 5.3% higher than that without an IHE. R601a and R601 can be used to replace R123 for geothermal water below 110℃. Moreover, the modified ORC dramatically outperforms the actual one.     

并联型热电联产系统的热力性能模拟

为解决传统中低温余热回收系统循环热效率低、冷凝热难以利用的问题,提出了一种并联型有机朗肯循环与喷射式热泵联合循环系统结构。通过并联布置热机子循环与热泵子循环,并增设外部换热器,可回收全部冷凝热量用于制备辐射采暖水,同时系统输出的热电比在一定范围内可调节。建立了系统能量分析模型和?分析模型,对比分析了联合循环与有机朗肯循环的热力性能。研究了部件?损失与系统?流特性,并分析了工质流量比和蒸发温度对系统热力性能的影响规律。结果表明：联合循环热回收效率和?效率比有机朗肯循环分别提高了60.83%和30.76%。?损失最大的两个部件分别是发生器和外部换热器,造成外部换热器?效率低的主要原因是内部传热温差较高。工质流量比对系统热力性能影响显著,当蒸发温度低于25.2℃时,工质流量比的可调节范围最大。本研究成果可为高性能中低温余热回收系统的研发提供指导。     

柴油机尾气余热回收系统的能分析和火用分析

采用R245fa作为循环工质,利用有机朗肯循环回收柴油机尾气余热,从而提高柴油机的燃油经济性。对不同蒸发压力下的朗肯循环热效率和发动机不同工况下余热回收系统的火用效率以及系统各组件的火用损失率进行了计算和分析。研究结果表明,蒸发压力越高则朗肯循环效率越高,工质和尾气之间传热的不可逆损失和蒸发器出口较高的尾气温度使得蒸发器的火用损失率最大,采用余热回收系统回收发动机尾气余热,系统输出净功最高可达18.7 kW。