叠合式有机朗肯循环的热力学分析

针对有机朗肯循环(ORC)中传热过程对循环性能的影响,该文提出一种既相似但又区别于混合工质,各工质独立运行的叠合式有机朗肯循环(AORC)。AORC中,各工质进行串/并联的叠合换热,可形成类似于非共沸混合工质的温度滑移。由于各工质独立运行,使得叠合工质的温度滑移量可进行调节,以减小与外界热/冷源的传热温差,提高传热匹配性以及循环性能。以两种工质叠合的AORC为例进行循环性能分析,并与常规ORC进行对比。结果表明,AORC并不是各工质基本ORC的简单线性叠加,而是一种优化叠加。相比常规ORC,AORC的净输出功率最大可提升34.48%。但当热源温度高于高温工质的热源转折温度时,AORC趋近于高温工质的基本ORC。

近(亚)临界有机物朗肯循环的性能分析

针对有机物工质物性在近临界区的奇异性,选用了适用于近(亚)临界有机物朗肯循环(ORC)的3种典型工质:R236fa、R142b、R152a,建立热力学模型分析近临界循环与亚临界循环在性能上的差异,并从工质物性角度分析产生差异的原因。结果显示近临界循环的各项性能参数与亚临界循环差异明显;近临界ORC的比吸热量、比净功和热效率随蒸汽发生温度的变化缓慢,具有良好的变工况性能;这3种工质中干性工质R236fa最适用于近临界ORC。近临界ORC性能上的奇异性主要与有机物工质的潜热和干湿性在近临界区的特性有关。

中高温水源热泵研究与发展趋势

介绍了中高温水源热泵的概念和工作原理;中高温水源热泵的工质研究及近年来在国内外的研究现状与发展趋势,包括中高温水源热泵制冷剂和系统性能的研究。讨论了中高温水源热泵的应用情况以及在我国发展的趋势。

低温热源有机工质向心透平变工况特性分析

有机物朗肯循环发电系统广泛应用于工业余热、太阳光热和地热等低温热源回收利用领域。作为关键做功部件,膨胀机的性能对有机物发电系统效率和输出功率有着重要的影响。该文针对温度为150-200℃的工业烟气余热,选择R600a为循环工质,进行了适用于有机物朗肯循环发电系统的150k W级有机工质向心透平初步设计和变工况性能研究。在一维气动热力计算和CFD数值模拟基础上,获得了向心透平设计工况气动性能,研究了入口压力、入口温度以及转速对向心透平变工况性能的影响。结果表明,入口压力对有机工质向心透平性能影响最大,转速次之,入口温度的影响最小。同设计工况相比,入口压力变化约±6.25%（±0.1MPa）时,向心透平功率变化约±7.4%（±12 k W）,效率变化约±1.2%（±1%）,流量变化约±6.58%（±0.27 kg/s）。

传热不可逆及对有机朗肯循环影响热力学分析

提出建立传热匹配度与传热不可逆度,并结合生态学函数对有机朗肯循环进行分析。基于模拟有机朗肯循环的梯形循环,建立循环性能(净功、热效率、■效率和生态学函数)与传热不可逆性(不可逆度与传热匹配度)之间的数学关系,研究传热不可逆对循环性能的影响。结果表明:基于工质热源转折温度,无极值循环的循环性能高于有极值循环。生态学函数综合反映了系统的循环性能与不可逆损失的输出净效益,可作为评价、选择热力循环、工质筛选及合理运行工况的新方法、指标。

制冷工质与热源匹配性能的理论分析与计算

在分析制冷工质与变温热源传热特性的基础上,对工质与热源匹配性能指标C进行重新定义,并结合不可逆损失Ni与匹配性能指标C和最小传热温差△Tmin之间的关系,通过实例计算,得到了提高循环效率的有效方法.

有机朗肯循环工质热稳定性测量及工质优选

在中高温热源条件下,为避免工质热分解对有机朗肯循环(ORC)系统的安全和性能造成影响,循环温度的取值上限不应高于工质的热稳定上限温度(t_(stable)).循环最高温度的取值对循环优化结果产生较大影响.本文在烟气初温和质量流量分别为510℃和15.8 kg/s的热源条件下,开展了回热ORC系统的循环参数优化和工质优选研究.结果表明,若不考虑工质热分解问题,乙醇和丙酮系统的净输出功率最大.继而对乙醇和丙酮两种工质开展了热稳定性实验测量研究,结合系统允许的工质分解速率上限(年分解量不超过1%),确定了两者的t_(stable)分别为172℃和159℃;限制循环温度不超过t_(stable),乙醇和丙酮系统的净输出功率明显降低,此时回热ORC系统的最优工质为环戊烷.

地埋管换热器内循环工质流速影响分析

通过分析计算土壤源热泵系统地埋管换热器模型,讨论地埋管换热器内循环工质流速对系统地埋管内出口工质温度、热泵耗电量及换热器长度设计影响分析,为土壤源热泵实际工程预测计算奠定理论研究基础和方法.

工质对物性对低环温高温复叠式空气源热泵性能的影响

基于制冷工质筛选原则,对适用于低环温的高温复叠式空气源热泵工质物性参数进行比较,并为该高温空气源热泵选定了几种可用的工质对。较适合高温级的工质为:R134a、R413A、R1234ze;较适合低温级的工质为:R404A、R407C、R417A、R507、R1234yf。通过对采用上述工质组成不同工质对时高温复叠式空气源热泵性能进行热力分析,可以看出:当采用R1234ze/R404A与R1234ze/R1234yf为工质对的复叠式热泵在低温环境下较采用其他工质对时热力性能有明显优势。

污水源热泵技术在城市污水热能回收中的应用现状与研究进展

简述了污水源热泵的分类和运行原理,对污水源热泵在国内外城市污水处理设施中的工程应用进行了回顾,重点综述了近年来围绕污水源热泵技术的关键问题所开展的研究,包括污水的流动与换热特性、换热器污垢形成与除垢、换热器防腐、制冷剂工质选择等方面。就未来的研究重点和应用趋势进行了探讨与展望,以期为污水源热泵技术的发展提供启示和参考。

基于工质参数化建模的ORC不同构型热力学性能评价

有机朗肯循环(ORC)是实现中低温热能高效利用的主要技术之一。选择适宜的工质和循环结构可以显著提高ORC的热力学性能。本文基于工质参数化模型提出一种ORC构型和工质的热力学评价方法。首先,通过建立的工质参数化模型实现了ORC工质物性参数和循环参数的协同优化,从而获得不同构型ORC在不同热源条件下的最高热效率,进而确定了ORC的最佳构型和最适热源温度。然后,分析了在最佳构型下优化得到的工质物性参数与实际工质之间的差异。最终,在优化得到的工质物性参数的基础上,通过建立多元线性回归模型实现了不同工质ORC热力学性能的准确预测。结果表明,回热式结构是ORC的最佳循环结构,其最佳热源温度为300℃;利用基于优化得到的工质物性参数建立的多元线性回归模型预测不同工质热力学性能时,相对误差范围为0.8%~-1%。

中温热源驱动有机朗肯循环工质研究

有机朗肯循环热力学反问题及求解方法的提出为分析有机朗肯循环系统提供了一种简单、有效的方法。文中基于反问题求解思想,针对573.15和523.15 K这两种中温热源驱动的有机朗肯循环,选取甲苯、八甲基三硅氧烷、苯、环己烷、庚烷、六甲基二硅醚、己烷、异己烷作为系统运行工质,以蒸发器内窄点温差为约束条件,寻求对应系统最大输出功的最佳运行参数。并从热力学第一定律、第二定律、系统有效输出功、质量流量和适用范围比较采用不同工质时的系统循环性能,建议出最佳运行工质。结果表明,甲苯、苯和环己烷适用于两种中温热源有机朗肯循环,且具有广泛的运行范围;己烷适用于Tgas,in523.15K热源驱动的有机朗肯循环。

非共沸工质换热匹配特性影响热泵性能的高级(火用)分析

针对非共沸工质非线性复杂相变传热过程,基于高级(火用)分析方法,推导出表征热泵系统性能的评估指标模型——温度匹配度(TMD),探讨了非共沸工质与换热流体之间的换热匹配特性,实验验证了模型的准确性与适用性。选用了三组不同温度滑移程度的非共沸工质(M1、M2、M3)为对象,探究了TMD与换热夹点、系统COP、(火用)效率η以及换热器实际(火用)损占比ε之间的关系。结果表明:TMD越小,换热流体间的温度匹配越好,系统COP、(火用)效率越大,换热器实际(火用)损占比越小,反之亦然;且当TMD最小时换热器内夹点总是出现在饱和气态点处。

回热式有机朗肯循环系统热力性能

膨胀机和工质泵作为有机朗肯循环系统的重要动力部件,在不同的热源温度下,合适的膨胀机及工质泵转速能够有效提高有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统的热效率。基于回热式ORC系统的热力学分析,选用1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)为工质研究了膨胀机转速、工质泵转速以及热源温度对系统性能的影响。结果表明:膨胀机转速的增加使得工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功和系统净输出功有所上升,而蒸发压力和热效率下降;工质泵转速的增加使得工质质量流量、蒸发压力、蒸发器换热量及系统净输出功升高,系统热效率先增加后降低;热源温度的升高导致蒸发压力下降,工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功、净输出功及热效率均随之增加。

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1∶9、2∶8、3∶7时的R601/R123循环,其蒸发温度高于R123和R601循环;R601/R123循环的蒸发压力介于R123和R601循环之间;蒸发温度低于130℃时,R123循环的净功率最高,而蒸发温度高于130℃后,R601/R123循环的净功率高于R123循环,其中质量配比为2∶8的R601/R123循环的净功率最高,比R123循环提高了约2.82%。因此,采用近共沸工质可以进一步提高有机朗肯循环的热力性能,扩大适用工质的选择范围。

工业余热发电系统的应用及问题分析

工业余热发电特别是低温余热发电具有非常广阔的应用前景。结合国内某集团余热发电系统实际应用案例,经运行发现,余热发电系统可以实现并网发电,但存在热源稳定性、ORC机组可靠性及其冷端配套等问题,并就此做相关分析。余热发电作为工业节能减排的重要手段,需要进一步深入研究探索,对同类型的工程改造及设计具有一定的借鉴意义。

变热源工况下非共沸工质有机闪蒸循环热性能分析

有机闪蒸循环(OFC)能有效利用中低温热能,非共沸工质的变温相变特性可以改善循环和换热器之间的匹配性。为了提高系统的循环性能,本文基于Matlab2018b构建了一种采用正丁烷/1,1,1,3,3-五氟丙烷(R600/R245fa)制冷剂非共沸混合工质的OFC热力学模型,以100℃~200℃地热水作为热源,研究了非共沸工质摩尔分数和热源温度对系统净输出功率、热效率、[火用]效率和总[火用]损的影响。结果表明:热源温度为200℃,R600摩尔分数为0.4时,系统净输出功率和热效率达到最大值,分别为48.92 kW和7.12%;当热源温度超过一定值,[火用]效率开始减小;热源温度为150℃,R600摩尔分数为0.4时,[火用]效率最大为32.44%。采用非共沸工质能有效提高系统净输出功率、热效率和[火用]效率,同时也能降低系统总[火用]损。

有机朗肯循环工质热源转折温度的新求解法及应用

为获取热源和有机工质的最佳匹配规律,提高系统热力性能,提出求解工质热源转折温度的新方法及基于工质热源转折温度的工质与热源最优匹配新方法。首先,通过定义潜热熵差比推导出工质热源转折温度的理论公式,并采用蜻蜓算法进行精确求解;其次,与文献[14]对比,验证模型准确性;最后,对比工质热源转折温度与热源温度筛选最优工质。结果表明:选用的15种工质的热源转折温度与文献[14]的对比误差不超过1.62%,验证了工质热源转折温度求解公式的准确性;当热源温度确定时,选择热源转折温度小于热源温度的工质可获得最佳工况;当工质确定时,选择高于该工质热源转折温度的热源温度可获得最佳工况。

不同工况下非共沸混合工质有机朗肯循环系统性能研究

采用MATLAB软件模拟非共沸混合工质在不同冷热源条件下对有机朗肯循环(ORC)系统性能的影响。选取R245fa/R1234ze和R245fa/R600a作为混合工质,热源温度取120和200℃,分别在冷凝露点温度为40℃和冷却水温升为5,10,15℃的工况条件下,利用热力学第一定律和[火积]理论对系统性能进行分析。结果表明:热源温度为200℃时,R245fa,R1234ze和R600a系统净输出功率分别为89.83,61.87和77.74 kW,使用R245fa系统性能优于其混合工质;热源温度为120℃、固定冷凝露点温度时,混合工质R245fa/R600a(90%∶10%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了27.6%和27%,R245fa/R1234ze(60%∶40%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了26%和20.5%;[火积]耗散和单位面积做功量与净输出功率变化相反,提高冷却水温升时,增大了系统火积耗散,且流向环境中的[火积]耗散在总火积耗散中占比增大,导致系统的传热不可逆损失增加。