太阳能超临界有机朗肯循环的工质选择和性能分析

选取R123、R134a、R152a、R22和R245fa 5种有机工质作为候选工质进行太阳能超临界有机朗肯循环的计算和分析。结果表明:当膨胀机出口工质过热度一定时,太阳能超临界有机朗肯循环的热效率高于亚临界工况,且R123在系统热效率方面表现出比其他工质更加明显的优势,是一种较理想的有机工质。以R123为例,蒸发器出口温度一定时,随着蒸发压力的升高,有机朗肯循环的工质流量不断增大。蒸发压力一定时,随着蒸发器出口温度的升高,工质流量不断减小,循环热效率先增后减,存在一个最佳的蒸发器出口温度,此时循环热效率最大。

超临界有机朗肯循环工质的选择

以8种有机工质(R134a.,R22,R32,R227ea,R143a,R218,RC318,R152a)作为研究对象,对其超临界有机朗肯循环的单位净输出功、循环效率、循环功比、膨胀机入口体积流量等参数进行了理论分析,结果表明以R152a和R134a为工质的超临界有机朗肯循环具有较高的单位净输出功和循环效率,以及较小的体积流量。而采用回热循环可进一步有效提高循环效率。

受热通道内超临界R134a流动阻力特性试验研究

以超临界R134a流体为工质,测试其在内径2 mm圆管内,流体压强p=4.3~4.9 MPa,质量流速G=550~1650 kg/(m^(2)·s),热流密度q=25~75 kW/m^(2)(电加热模拟热源)工况条件下的流动阻力。根据摩擦压降曲线特征,将其划分为类液相区、类两相区和类气相区3个区域。分析压强、质量流速和热流密度等工况参数对3个区域内的摩擦压降和摩擦因子的影响规律。在类两相区,摩擦因子曲线存在一个明显的峰值特性。将试验数据与已有的摩擦因子关联式进行对比,并进行定量评价。结果显示,已有关联式的预测误差普遍偏大,尤其是在类两相区域。为此,提出一个同时包含密度、黏度和平均普朗特数修正的超临界流体摩擦因子关联式,与试验数据对比显示,97%预测数据均处于±20%的误差范围内。

基于流程模拟的固体氧化物燃料电池-燃气轮机-有机朗肯循环联合系统的优化分析

将有机朗肯循环(ORC)作为底层循环与固体氧化物燃料电池(SOFC)、燃气轮机(GT)等能源动力系统耦合,可充分回收上层系统的低温余热进行发电,从而提高整个联合系统的能量转换效率.对SOFC-GT-ORC联合系统进行了一体化的建模分析与数值计算,讨论了SOFC的燃料和空气流率、透平的压比、ORC的分流系统等参数对联合系统性能的影响,并针对超临界工况下ORC及联合系统的运行参数进行了优化设置.所提出的基于增压SOFC-GT混合模式与超临界ORC的新型SOFC-GT-ORC联合循环及建立的一体化流程模型有助于揭示耦合系统的一般性能特性,并给出了一些关键参数的优化判据,可为SOFC-GT-ORC及同类复合动力循环系统的优化设计与运行提供理论指导和参考依据.

超临界R134a在ORC系统中的换热特性分析

采用有限元分析软件FLUENT对超临界有机朗肯循环系统中的换热器进行数值分析,进而对其进行设计和优化。超临界R134a在长为2100mm,直径为4mm的光管换热器中分别进行向上流动和向下流动。换热边界条件是定热流密度,流体的进口压力P为4.5MPa,进口温度Tin为349K。分别探究热流密度q、质量流量G、热流质量比q/G和浮升力对传热特性的影响。采用无量纲数Bo来预判浮升力对传热的影响。虽然Morky的工作流体不是超临界R134a,但他们的经验公式也能用来更好地预测超临界R134a在光管中向上流动的传热特性。

非共沸混合工质ORC在近临界状态时的性能分析

对于临界温度较低的工质,不仅适合亚临界有机朗肯循环,也适用于超临界有机朗肯循环。该文针对使用150℃低温烟气作为热源的有机朗肯循环(ORC),采用R236fa、R152a和两者作为组分的9种不同浓度配比的非共沸混合物共11种物质作为循环工质,使用热力学第一定律和第二定律分别分析了这11种工质在临界状态附近的参数变化情况。研究结果表明,由亚临界状态过渡到超临界状态时,系统的净输出功、吸热量均不连续。在近临界状态时,混合工质的净输出功大于纯工质。

ORC发电技术在低温余热回收利用中的性能分析

以某炼化厂实际产生的余热作为低温热源,参考低温热源物性及有机工质筛选原则,初选出7种适合该炼化厂低温余热发电的有机工质,以最大净输出功率为目标函数,考察过程的循环热效率、蒸发温度(压力)和废热排放量等工艺参数,对7种工质进行了模拟分析。结果表明,工质R-600和R-152a在亚临界区域表现性能最佳,在超临界区域工质R-134a也表现出较好的性能,但亚临界有机朗肯循环表现出更好的热力学性能。对超临界和亚临界有机朗肯循环(ORC)过程中蒸发器内热传递过程做了分析,并采用多因素分析方法对ORC系统工质流量、蒸发温度(压力)、膨胀机进气温度和过热度等影响因素做了分析研究,为炼化厂低温余热回收工艺设计提供参考。