低温余热有机朗肯循环热力性能分析

以热力学为基础,建立了有机朗肯循环数学模型,对以R1234yf、R1234ze E和R1234ze Z为工质的有机朗肯循环进行了对比分析,考察了蒸发温度对系统净输出功、循环工质流量、热效率以及第二定律效率的影响。     

车用柴油机余热回收有机朗肯循环系统方案热经济性对比分析

为实现对车用柴油机余热能量的充分回收,针对简单有机朗肯循环系统和双有机朗肯循环系统进行对比分析研究。根据某车用六缸柴油机的台架试验结果,在研究其变工况下余热特性的基础上,建立两种有机朗肯循环系统的热力学模型和经济模型,并对两个系统的热经济性进行了对比分析。结果表明：在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率、功率提升率和有效燃油消耗率改善度均优于简单有机朗肯循环系统,最大值分别为24.38 kW、8.71%和8.01%;双有机朗肯循环系统的单位能量产出成本为0.8089 CNY·（kW·h）^-1,比简单有机朗肯循环系统低19.26%。     

车用柴油机余热回收有机朗肯循环系统方案热经济性对比分析

为实现对车用柴油机余热能量的充分回收,针对简单有机朗肯循环系统和双有机朗肯循环系统进行对比分析研究。根据某车用六缸柴油机的台架试验结果,在研究其变工况下余热特性的基础上,建立两种有机朗肯循环系统的热力学模型和经济模型,并对两个系统的热经济性进行了对比分析。结果表明:在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率、功率提升率和有效燃油消耗率改善度均优于简单有机朗肯循环系统,最大值分别为24.38 kW、8.71%和8.01%;双有机朗肯循环系统的单位能量产出成本为0.8089 CNY·(kW·h)~(-1),比简单有机朗肯循环系统低19.26%。     

亚临界有机朗肯循环系统工质筛选及热经济性分析

针对开口热源与闭口热源两种热源类型,选取423.15和463.15 K两种热源温度,模拟分析采用非共沸混合工质亚临界有机朗肯循环（ORC）热力学及热经济性特性。四种热经济性指标［平均化发电成本（LEC）、单位净输出功换热器面积（APR）、单位时间成本（Z）以及净输出功指标（NPI）］结果具有一致性,具有相同的抛物线形变化趋势。随着选取工质临界温度的升高,各热经济性指标发生规律性变化,其中由热力学筛选准则筛选的工质具有较高热经济性能,表明热力学筛选准则在热经济性方面同样具有较高的适用性。     

中低温热源近共沸工质有机朗肯循环热力性能分析

通过对比分析纯工质和近共沸工质有机朗肯循环(ORC)的热力性能,探讨了近共沸工质在有机朗肯循环中的适用性.以200℃烟气为热源,基于热力学理论,选用R601、R123及其混合物分别建立了有机朗肯循环热力模型.分析了不同热源工况下R601、R123和R601/R123循环的主要热力参数及热力性能.结果表明:质量配比分别为...     

有机朗肯循环系统中工质泵的运行性能

为研究车用有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）余热回收系统中工质泵的性能及选型,在模拟车用ORC余热回收系统的工作环境下,设计并搭建了以R123作为工质的多级离心泵性能测试实验系统。通过控制多级离心泵转速（870~2900 r·min^-1）、调节工质流量（0.20~5.00 m³·h^-1）,得到了多级离心泵特性曲线。通过分析变工况时多级离心泵关键参数间相互作用关系,及其对车用ORC余热回收系统性能的影响情况,验证了多级离心泵应用于车用ORC余热回收系统的可行性,并确定了其最佳工况点参数。研究结果表明：变工况时,多级离心泵总效率为15.00%~65.70%。车用ORC余热回收系统的蒸发压力、热效率均随着多级离心泵转速的增加而增加。在高转速区,工质流量对系统蒸发压力和多级离心泵输入功率（多级离心泵消耗的电功率）的影响明显增大。随着系统蒸发温度的升高,工质泵实际输入功率占膨胀机输出功率的比例（back work ratio,BWR）最高可达0.45。当多级离心泵转速为2900 r·min^-1时,车用ORC余热回收系统热效率最高可达10.50%。     

有机朗肯循环系统蒸发器传热特性分析

为了提高有机朗肯循环(ORC)系统中蒸发器换热效率,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法与试验相结合,选取6种临界温度不同的待选工质,研究了工质进口速度、热空气进口速度、热空气进口温度、工质临界温度对蒸发器?效率、?损失率的影响,得出蒸发器换热效率最高的工质进口速度、热空气进口速度、热空气进口温度,进而得出各种待选工质的换热效果。研究表明:当工质进口速度为系统最小速度、热空气进口速度为系统最大速度时,蒸发器换热效率最高;待选工质临界温度越高,蒸发器换热效率越好;所有待选工质中换热效果:R245fa>正丁烷>异丁烷> R134a> R143a> R125。     

有机朗肯循环系统中工质泵的运行性能

为研究车用有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热回收系统中工质泵的性能及选型,在模拟车用ORC余热回收系统的工作环境下,设计并搭建了以R123作为工质的多级离心泵性能测试实验系统。通过控制多级离心泵转速(870~2900 r·min~(-1))、调节工质流量(0.20~5.00 m3·h~(-1)),得到了多级离心泵特性曲线。通过分析变工况时多级离心泵关键参数间相互作用关系,及其对车用ORC余热回收系统性能的影响情况,验证了多级离心泵应用于车用ORC余热回收系统的可行性,并确定了其最佳工况点参数。研究结果表明:变工况时,多级离心泵总效率为15.00%~65.70%。车用ORC余热回收系统的蒸发压力、热效率均随着多级离心泵转速的增加而增加。在高转速区,工质流量对系统蒸发压力和多级离心泵输入功率(多级离心泵消耗的电功率)的影响明显增大。随着系统蒸发温度的升高,工质泵实际输入功率占膨胀机输出功率的比例(back work ratio,BWR)最高可达0.45。当多级离心泵转速为2900 r·min~(-1)时,车用ORC余热回收系统热效率最高可达10.50%。     

内回热器对低温有机朗肯循环热力性能的影响及工质选择

目前对有机朗肯循环(ORC)有无内回热器的对比研究主要集中在循环热力性能随初参数变化的对比,但很少考虑吸热量对两个系统热力性能的影响。本文以烟气余热为热源,构建无回热和带有内回热的ORC系统,选用10种干工质,通过热源参数变化引起工质吸热量的变化,分析工质分别在两种系统中的初温、净功量、热耗率及(火用)损的变化规律,得出了较优工质和各工质对内回热器的匹配性。结果表明:当热源温度为150℃、排烟温度在70~90℃间引起的工质吸热量变化时,在窄点温差为10℃下,带有内回热器的ORC系统更适用于吸热量较低的区间;当吸热量较高时,内回热器对系统热力性能提升的能力降低,甚至低于无回热的ORC系统;经综合比较,工质R236ea和R600a最优,工质R245fa和R600为较适合工质;以R123为工质的带有内回热器和无回热的ORC系统热力性能差异较小,热耗率最大差值仅为约600kJ/kg,净功量最大差值也仅为约2kW,因此,R123对内回热器的热匹配性相对较差。     

双压膨胀有机朗肯循环中低温余热发电系统的热力性能

基于热力学第一定律与第二定律分析法,结合动量定理与质量守恒定律构建一种双压膨胀有机朗肯循环（ORC）中低温余热发电系统热力性能的预测模型,研究热源温度、蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力、循环倍率、喷射压缩器引射流体在混合室进口的马赫数、工质泵、向心透平及螺杆膨胀机的等熵效率对系统的净输出功率、热效率、余热利用率及(火用)效率等热力性能的影响。结果表明,系统的净输出功率与(火用)效率随着热源温度、蒸发温度、循环倍率及透平等熵效率的增大而升高,但随着夹点温差、闪蒸压力的增大而降低;系统的热效率随着蒸发温度、闪蒸压力及透平等熵效率的增大而升高;系统的余热利用率随着热源温度、循环倍率的增大而升高,但随着蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力的增大而降低。当循环倍率k=2时系统的净输出功率、(火用)效率及余热利用率分别比常规单级ORC系统绝对提高了230.9kW、10.1%和17.9%。     

动态透平效率对有机朗肯循环系统性能的影响

向心透平效率随运行参数的变化及工质种类的不同有较大差别,引入向心透平一维分析模型来计算透平效率,分析蒸发温度与冷凝温度对透平效率的影响,比较固定透平效率与动态透平效率有机朗肯循环(ORC)系统的热力性能与经济性能。采用非支配解排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化ORC系统筛选出最优工质,确定最佳蒸发温度与冷凝温度。同时比较了不同热源温度下固定透平效率和动态透平效率ORC系统的最佳运行参数,分析了透平效率随热源温度的变化。结果表明:透平效率随蒸发温度的降低或者冷凝温度的升高而增大,采用动态透平效率后,系统净输出功随蒸发温度升高而增加趋势减缓,工质排序也发生了变化;对于固定透平效率与动态透平效率ORC系统,经多目标筛选后所确定的最优工质及最佳蒸发温度和冷凝温度均有一定差异,表明若采用固定透平效率会对工质筛选及参数优化造成一定误差;随着热源温度的升高,固定透平效率与动态透平效率ORC系统之间最佳蒸发温度与净输出功差异逐渐增大,说明热源温度越高,采用固定透平效率引起的误差越大。     

动态透平效率对有机朗肯循环系统性能的影响

向心透平效率随运行参数的变化及工质种类的不同有较大差别，引入向心透平一维分析模型来计算透平效率，分析蒸发温度与冷凝温度对透平效率的影响，比较固定透平效率与动态透平效率有机朗肯循环（ORC）系统的热力性能与经济性能。采用非支配解排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）优化ORC系统筛选出最优工质，确定最佳蒸发温度与冷凝温度。同时比较了不同热源温度下固定透平效率和动态透平效率ORC系统的最佳运行参数，分析了透平效率随热源温度的变化。结果表明：透平效率随蒸发温度的降低或者冷凝温度的升高而增大，采用动态透平效率后，系统净输出功随蒸发温度升高而增加趋势减缓，工质排序也发生了变化；对于固定透平效率与动态透平效率ORC系统，经多目标筛选后所确定的最优工质及最佳蒸发温度和冷凝温度均有一定差异，表明若采用固定透平效率会对工质筛选及参数优化造成一定误差；随着热源温度的升高，固定透平效率与动态透平效率ORC系统之间最佳蒸发温度与净输出功差异逐渐增大，说明热源温度越高，采用固定透平效率引起的误差越大。     

有机朗肯循环系统最佳蒸发温度和分析

随着能源问题日益突出,低温烟气余热深度利用成为了研究热点领域。其中,有机朗肯循环是实现低品位余热转换为电能的一有效途径。基于热力学基本定律,以有机朗肯循环系统最大做功能力和效率为目标函数,计算分析了10种不同工质在亚临界状态下以上两种目标函数的特性。结果表明,每种工质均存在一最佳蒸发温度使循环净输出功最大,而且工质临界温度越高,对应的最佳蒸发温度也越高;热源温度相同时,系统效率随窄点温差增大而减小;同一窄点温差时,当热源温度不超过临界温度两倍的窄点温差时,效率有一最大值;反之,则随蒸发温度升高不断增大。这些将为有机朗肯循环工质选择和性能优化提供理论指导。     

太阳能有机朗肯循环系统的实验特性

为研究中低温太阳能驱动的有机朗肯循环系统的性能,设计并建造了太阳能驱动的有机朗肯循环实验台.实验中以R245fa为有机朗肯循环工质,以WD350导热油为槽式集热器循环工质,对太阳能有机朗肯循环系统进行了实验研究.实验结果表明,当太阳直射辐射强度在400 W·m^-2左右时,集热器出口导热油温度可达 140℃.当集热器出口导热油温度在 110℃附近时,集热器集热效率可达60%左右.在该热源条件下,动力循环部分从基本循环模式切换到回热循环模式时,测算效率从9.3%提升到10.8%,实测循环效率从1.57%提升到1.67%,提升了6.07%.实测循环系统 效率在10%左右,回热模式下略高于基本循环模式.实验中还考察了不同工质流量下的有机朗肯循环性能,在工质流量为 6.88 kg·min^-1时,得到的最大实测平均功率为386.27 W.一定热源温度下,随着工质流量的增加,膨胀机进口压力增加,循环输出功也增加;在一定的工质流量下,随着热源温度的升高,膨胀机进口的温度提高,进口压力也升高,循环输出功也增加.     

中低品位热源有机朗肯循环系统的热力学分析

基于热力学第一定律和第二定律,分析了以R113作为循环工质,需回收的废热为52.624kW的有机朗肯循环(ORC)发电系统在变工况下的热力性能,其中,热力性能由系统热效率和火用效率作为评价标准。结果表明,当蒸发压力不变时,蒸发器出口温度对ORC系统的热效率及火用效率影响很小;蒸发压力或膨胀比增大时,ORC系统的热力性能也随之提高,影响较显著。这些将为ORC系统的性能优化提供理论基础。     

低温有机朗肯循环的热力学分析

汽车燃油热量仅1/3为有效能量(作为动力),其余2/3为废热,通过冷却水或排气方式排入大气,不仅极大浪费了能源而且污染了环境。以发动机的废热利用作为有机朗肯循环(ORC)的热源分析,通过对ORC系统进行数学建模,改变系统运行工况,来评价不同工质的系统循环性能并指出R245fa和R123是比较适合的循环工质。在热力学分析的基础上,与其他文献中试验数据进行了比较,结果表明本文模型是可靠的,为有机朗肯循环的系统设计指明了方向。     

硫酸生产余热的有机朗肯循环系统优化

由于目前有机朗肯循环的效率普遍较低,在基本循环的基础上增加回热器,使膨胀机出口的乏气与蒸发器入口的工质进行预热,可以回收部分乏气的热量,减少冷凝器负荷量。此外,还可提升进入蒸发器的工质温度,降低蒸发负荷量。加装回热器后,整个系统的绝对热效率和相对热效率均得到了显著的提高。     

自然复叠式热泵循环系统热力性能分析

受热源温度以及系统本身性能的限制,目前应用较为成熟的单级蒸气压缩式热泵系统的出水温度一般在50℃左右,这种热泵系统已经无法满足对热源侧和使用侧有较大温差要求的场合,新的自然复叠式热泵系统能够实现大温差热泵循环,可以作为冬季高温热泵使用。在设计自然复叠式热泵循环、选择适合该系统运行的非共沸混合工质的基础上,对该热泵循环系统进行了不同条件下的数据计算和热力性能分析。理论分析结果显示：R134a充注浓度的增加将引起吸气压力和排气压力升高,且浓度增加过程中COP存在一个最大值、压比存在一个最小值;最低冷凝温度和最低蒸发温度一定时,排气压力和循环充注浓度基本呈线性关系。     

工质泵变运行工况对有机朗肯循环系统性能的影响

有机朗肯循环（organic Rankine cycle, ORC）系统凭借其优越的性能已被应用于众多领域。工质泵是为ORC系统提供所需压力和流量的主要部件，其性能直接影响了其他部件性能及系统整体性能。本文通过理论计算分析了不同热力参数对单位质量流量工质泵输入功率及泵功指数的影响情况。进而以R245fa作为工质在冷凝温度为303K的模拟ORC系统工作条件下展开实验研究，分析变运行工况下两种不同类型工质泵（多级离心泵、液压隔膜计量泵）的运行参数变化规律及相互影响因素。进而探究工质泵变运行参数对ORC系统性能的影响。实验结果表明：液压隔膜计量泵的流量较低且受出口压力的影响较小，其输入功率最高仅为360.34 W，相同工况下仅是多级离心泵输入功率的16.29%。两者的实际运行效率随运行工况的变化而改变，最高分别可达59.96%、55.26%。结合理论计算，使用这两个泵的ORC系统泵功指数均在0.03～0.48范围内变化，热效率最高分别可达11.66%、10.35%。液压隔膜计量泵更适合于所需流量较低的ORC系统。     

利用LNG冷能的有机朗肯循环系统的工质研究和变工况性能分析

以LNG冷能和废热源驱动的有机朗肯循环可以提高系统的能源利用率。通过流程模拟软件HYSYS对使用不同工质的朗肯循环系统进行了模拟分析,结果表明,丙烷是用于低温朗肯循环最合适的工质。循环工质的蒸发温度高低对系统的净输出功及效率影响较为明显,废热烟气的流量或温度的提升有助于改善系统的性能。选定一个合适的冷凝温度,既能保证系统单位质量LNG所能输出的净功在一个合理的范围内,又可以改善系统效率。