基于有机工质及CO_(2)的跨临界动力循环研究进展

跨临界动力循环是一种将热能转化为机械能的热力系统,因其在中低温热能转换中循环效率高、经济性好等优势受众多学者关注。现有文献多针对跨临界动力循环的特定应用展开综述,鲜有关于循环结构、仿真模型及循环工质的一般性论述。以跨临界动力循环为主线,首先回顾已有的跨临界动力循环结构,介绍循环的热力学模型(稳态模型、动态模型)及经济性模型(系统成本模型、㶲经济模型),然后根据不同的循环工质(有机工质、CO_(2)和CO_(2)混合工质)重点阐述国内外跨临界动力循环的理论研究进展,最后简述近年来跨临界动力循环的试验研究现状。循环形式的构建将朝着与人工智能结合的方向发展,CO_(2)混合工质或将成为研究热点,同时亟需加大循环部件的研发及系统试验研究。

CO_2跨临界动力循环性能理论及实验研究

非常规工质动力循环具有高效回收低品位热能的显著优势,CO_2环境友好,是较为理想的利用低品位热能的动力循环工质。采用理论和实验方法研究了CO_2跨临界动力循环的理论循环性能和膨胀机性能。研究结果表明,无回热时导热油出口温度随加热压力的升高而升高,并且不随膨胀机进口温度的变化而变化;有回热时导热油出口温度受回热器换热的影响存在极大值。随着超临界加热压力的升高,循环热效率和净输出功率存在极大值;回热能够显著提高循环热效率和净输出功率。初步实验结果表明内部泄露对CO_2滚动转子膨胀机性能具有重要影响,为提升膨胀机性能需尽量降低膨胀机内部泄露。

一种新型CO_2跨临界动力循环理论研究

CO_2环境性质优秀,是较为理想的动力循环工质。针对常规CO_2跨临界动力循环冷凝器中工质难以被常规冷却水冷凝的问题,提出一种新型CO_2跨临界动力循环,并采用理论分析方法,研究了此循环的循环性能。结果表明,系统内部正循环质量流量保持不变,系统内部逆循环质量流量随冷却终温的升高而升高;循环净输出功率和循环热效率随冷却终温的升高而缓慢降低,随冷却压力的升高而降低;当冷却压力为7.5 MPa,冷却终温为30.5℃时,净输出功率为258.8kW,循环热效率为0.067。

针对地热能的重力驱动CO_2跨临界动力循环研究

地热能是重要的可再生能源,位于地下深处的分布形式符合重力驱动CO_2跨临界动力循环应用特点,并且可以耦合CO_2地下封存。以地热能为热源,对重力驱动CO_2跨临界动力循环开展研究。研究结果表明,循环系统位差随循环加热压力的升高而升高;循环热效率和净输出功率与循环加热压力成正相关关系;由于单位质量CO_2吸热能力的降低,工质质量流量随循环加热压力的升高而升高;冷却水质量流量和工质质量流量变化规律相似;当加热压力为16 MPa,热源温度为400℃时,循环热效率为12.27%,净输出功率为178.46 kW。

内燃机余热回收分流式二氧化碳动力循环系统经济性分析

相较于不分流余热回收系统,含有分流设计的CO_(2)跨临界动力循环内燃机余热回收系统可以有效避免各换热器之间的温度干涉,提高烟气余热利用率和回热器效率,进一步提高余热回收系统的做功能力,但更加复杂的系统不可避免地增加了系统各项成本。对此,基于MATLAB平台,建立了该系统的经济性模型,采用单位发电量成本CUEC、换热器面积功率比rAPR和环境回收期tEPP作为评价参数,综合考虑净功率、系统小型化潜力和环境经济性来评估分流系统的经济性潜力。结果表明:分流系统在膨胀机入口温度约505 K、入口压力约13.5 MPa的较大工况范围内CUEC指标存在优势;在膨胀机入口温度高于473 K时,分流系统的rAPR存在明显优势,相较不分流系统最高改善11.6%;tEPP指标在所有工况下均优于不分流系统;当膨胀机入口温度高于480 K时,分流系统在经济性上具有更大优势。最后,针对未来研究方向,给出了对经济性参数进行多目标优化、开展余热回收系统与内燃机耦合的相关研究等建议。

内燃机余热利用分流二氧化碳动力循环热匹配研究

二氧化碳动力循环在高效利用内燃机多股余热方面具有很大潜力,基于换热器分流的设计能够显著改善内燃机排气的利用情况。但是,当前研究仍缺少完善的热匹配性及参数分析,来综合权衡基于换热器的分流设计思路带来的热力学性能改变。因此,本文以热源理想匹配过程定义等效比定压热容物性作为出发点,阐述分流设计对于温度匹配机制的影响。结果发现了理想比热具有独特的双峰特性,而分流设计能够有效匹配双峰特性,显著改善外部热源利用率和内部热匹配性,继而提高系统净输出功。