有机朗肯循环膨胀机入口过热度实验

在给定热源条件下,探讨有机朗肯循环(ORC)膨胀机入口过热度对膨胀机性能和ORC系统性能的影响。建立了带前置泵的ORC实验系统,采用涡旋式膨胀机,R123为工质,在140℃热源下进行实验。通过改变膨胀机转矩调节系统蒸发压力,从而实现对膨胀机入口过热度的调节。实验获得最大膨胀机轴功和膨胀机实际运行效率分别为2.35k W和59.7%;ORC系统净输出功、热效率和?效率分别为1.75k W、5.3%和21.8%。分析表明,随着膨胀机入口过热度递减,膨胀机机械效率递增,膨胀机等熵效率递减,膨胀机轴功和实际运行效率呈先增后减的变化趋势。膨胀机入口过热度为20℃左右时,有最大膨胀机轴功、最大系统净输出功、最高系统热效率和最高系统?效率。此外,过热度影响系统的损失分布,随着膨胀机入口过热度减小,膨胀机?损呈先增后减变化。

用于有机朗肯循环的三柱塞泵运行性能实验

选用三柱塞泵,建立有机朗肯循环（ORC）实验平台。选用涡旋式膨胀机作为热功转换设备,采用三氟二氯乙烷（R123）作为工质,在140℃热源下开展实验,考察工质泵在不同工况下的运行性能。研究结果表明,三柱塞泵实际运行效率为22%-30%,是已有文献报道水平的1.5-4.3倍。工质泵等熵效率和机械效率分别为60%-69%和37%-45%。工质泵运行参数偏离额定参数是导致机械效率偏低的主要原因。工质泵发生气蚀会导致其等熵效率减小,同时还会造成工质流量下降。对于本实验台,防止气蚀发生的工质泵入口临界过冷度为21℃。

带有前置泵的有机朗肯循环实验

针对基本有机朗肯循环(B-ORC)在运行时工质泵易发生气蚀,提出了带有前置泵的有机朗肯循环(BPORC),并建立了实验装置。采用不锈钢磁力泵作为前置泵,安装于工质泵与储液罐之间,用于提升工质泵入口压力,从而确保工质泵入口有足够的气蚀余量。采用三氟二氯乙烷(R123)作为循环工质,在140℃热源条件下进行实验,对比了B-ORC和BP-ORC系统运行的稳定性和高效性。实验结果表明,前置泵可有效解决工质泵气蚀问题,使得有机工质流量不发生显著偏离和剧烈波动,工质流量波动幅值从±22 kg/h下降至±2.1 kg/h。相同条件下BP-ORC膨胀机输出轴功增大,当工质泵频率f为7 Hz时,膨胀机最大轴功从2.11 k W提升至2.35 k W,增幅为11.4%。本实验中前置泵功耗为0.3 k W,当不考虑前置泵自身功耗时,系统输出净功和热效率都明显提升,最大热效率从5.78%升至6.16%;计入前置泵功耗时,系统最大热效率则降至5.27%。

带有相变储能换热器的朗肯循环系统研究

提出一种带有相变储能换热器的朗肯循环系统,可用于风能、太阳能等资源过剩的地区。该系统的特点是利用相变储能换热器充当系统蒸发换热器,减小热源和工质的传热平均温差,减小系统火用损。以中低温地热水为热源驱动的有机朗肯循环为例,选取R245fa为工质,计算结果表明:相变储能换热器所在回路的火用损减小17.58%,且地热水所需质量流量仅为原来的40.33%,所需泵功减小。通过改变工质出口温度、过热度及夹点温差,研究地热水质量流量、出口温度及火用损的变化规律,结果表明:相变储能换热器所在回路的质量流量、火用损都变小,减小系统泵功损耗以及提高系统的火用效率。

有机朗肯循环系统动态特性

设计并搭建了以R123为循环工质的有机朗肯循环试验台,并对其动态运行特性进行了研究.该机组采用涡旋膨胀机作为热工转换设备,采用导热油锅炉模拟低温热源,并在试验过程中保持导热油出口温度为150℃.通过交流测功机测量膨胀机输出转矩、转速及功率.对机组动态特性的测试分为两种模式:恒流量模式和恒转矩模式.在恒流量模式下,R123的质量流量恒定,随着膨胀机转矩的逐步增大,膨胀机进出口压比增大,同时膨胀机入口过热度减小,系统输出性能表现为膨胀机输出功率和机组热效率的增大.相对而言,在恒转矩模式下,以工质泵运转频率9 Hz为界,膨胀机进出口温度可分为两个明显的区域:温度稳定区和温度快速下降区.随着R123质量流量的增大,膨胀机入口过热度减小,输出功率增大,而系统热效率增大趋势较为平缓.两种运行模式都存在最大输出功率.同时,试验结果表明系统输出功率和热效率的实测值明显低于通过膨胀机进出口温度计算得到的计算值.实测机组最大输出功率和热效率分别为2.62 kW和5.31%,而计算值为3.87 kW和9.46%.