基于非共沸混合工质的新型冷电联合循环及组份分离特性研究

发布时间：2018-05-03 07:38

本文选题：冷电联合循环 + 喷射式制冷循环　；参考：《天津大学》2016年博士论文

【摘要】：随着社会的发展,传统化石能源所带来的环境问题日益凸显。尽可能提高能源使用效率是解决该问题的重要方案之一,因此许多学者提出了冷电联合循环。这类联合循环不仅能够实现能源的梯级利用,提升能源的转换效率,而且可以充分利用工业余热,地热等低温热源(200℃)。基于有机朗肯循环与喷射式制冷的冷电联合循环就是其中非常重要的一种,该循环不仅可以充分利用低温热源,而且结构简单,自耗能少。然而此类传统的喷射冷电联合循环若使用纯工质,蒸汽发生器和冷凝器中的换热过程会产生非常大的火用损。有鉴于此,本文首先分析了该循环使用非共沸混合工质时的热力性能。研究了不同工质组份对循环的影响,评估了循环火用效率对关键热力参数的敏感性。结果表明,传统的喷射冷电联合循环(循环C)若使用非共沸混合工质,将比纯工质具有更高的火用效率。随着工质组份的变化,循环的热力性能也会随之变化。在组份MFt=50%时,循环火用效率最大,热效率最小,制冷量最少,引射率最低,分别为9.77%,7.92%,43.11kW和0.063。但是,过小的引射率也会使得循环的工程实现难度增大。热力参数影响分析表明,蒸汽发生温度、冷凝温度和制冷蒸发温度都对循环的热力性能有着重要的影响,其中前者对于循环火用效率的影响更为显著。在循环C的基础上,提出了基于非共沸混合工质的有机朗肯循环与喷射式制冷循环相结合的新型冷电联合循环。该循环具有两种形式:循环A与循环B。膨胀机出口的混合气体被部分冷却为气液两相,在气液分离器中被分为组份不同的饱和汽与饱和液。在循环A(循环B)中,饱和液(汽)与饱和汽(液)分别进入发电循环和制冷循环。对比发现,循环B比循环C有着更大的制冷量,更高的火用效率和热效率。蒸汽发生温度,制冷蒸发温度,冷凝温度,膨胀比以及冷凝器出口干度都对循环性能有着重要的影响。针对新型联合循环中的重要部件气液分离器,本文引入一种新型的T型分离机构,该机构可利用气液两相工质在其中气液分离不均的特性,实现气液分离,可对于非共沸混合工质进行组份分离。文中对气液两相的纯工质和混合工质在此T型管中的气液分离特性进行了实验研究。结果表明,并非所有的工质都可以在T型管中实现气液分离。R600a在T型管中几乎是等干度地分流至两个出口,R601的上下两个出口的工质干度有着微小的差别,而非共沸混合工质M在分离器中的分离效果最为明显,在部分工况下,甚至可以实现完全的气液分离与组份分离,而提高冷却水入口的温度,会弱化两个出口的干度、组份的差异。此外,本文对有机工质在T型管中的压降也进行了实验研究。结果表明,T型管中的压降会随着入口工质干度以及流量的增大而增大,会随着冷却水入口温度的增大而减小。最后,针对气液两相有机工质R600a以及R601在T型管中的压降,提出了一个新的压降模型,结果表明,模型的计算结果能够与实验结果较好地吻合。
[Abstract]:With the development of society , the environmental problems brought about by traditional fossil energy have become more and more prominent . As far as possible , the efficiency of energy utilization is one of the important programs to solve the problem . The results show that the pressure drop in T - tube can decrease with the increase of inlet working quality and flow rate . The results show that the pressure drop in T - tube can decrease with the increase of inlet temperature .

【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK115;TB66

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