低温余热驱动的有机朗肯耦合蒸汽压缩制冷循环系统性能模拟

发布时间：2020-08-28 19:25

　　为解决化工工业中低温余热的有效利用问题,有机朗肯循环(ORC)耦合蒸汽压缩制冷循环(VCR)系统,因其可将低温余热的热能间接转化为冷能,在低温余热利用领域受到广泛关注。本文以筛选优质工质及优化系统结构为目标,建立低温余热驱动的有机朗肯循环耦合蒸汽压缩制冷循环(ORC-VCR)系统的热力学模型,在一定的操作条件下,对10种不同种类的纯工质(R245fa、R227ea、R600、R600a、R1234ze、R1234yf、R134a、R601、R601a、R236ea)和4种非共沸混合工质(R245fa/R600、R227ea/R600a、R236ea/R601、R236ea/R601a)在系统中的热力循环特性进行对比;同时分析了发生温度、冷凝温度及蒸发温度对系统性能参数的影响,并且探究了在ORC侧添加回热器对整个系统总制冷系数的影响。计算结果表明:系统在本文设定的标准操作条件下,10种纯工质中HC类工质优于HFC类工质。R601为HC类工质中最优的工质,其系统总制冷系数COP_(total)、单位质量流量流体制冷量CPRm及压缩比CMR均为最高;R245fa为HFC类工质较优的工质,其COP_(total)仅比R601低3.367%。当固定冷凝器露点温度、发生器及蒸发器泡点温度时,4种非共沸混合工质的系统性能参数优于纯工质。非共沸混合工质的组成对温度滑移值及系统各性能参数影响较大,且在某一特定组成下,温度滑移值和系统各性能参数达到最大值。R236ea/R601(0.5/0.5)具有最高的系统总制冷系数(COP_(total)=0.9596)及最高的膨胀比(EPR=4.287),总制冷系数COP_(total)比相同工况下的纯工质R601高89.87%。10种纯工质及4种非共沸混合工质(R245fa/R600(0.9/0.1)、R227ea/R600a(0.4/0.6)、R236ea/R601(0.5/0.5)、R236ea/R601a(0.4/0.6))在系统中的COP_(total)、EPR、CPRm以及子系统质量流量比R在其他温度条件不变的情况下会随着发生温度及蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的升高而减小;而CMR则会随着蒸发温度的升高而减小,随着冷凝温度的升高而增大。在设定的系统操作条件下,在ORC侧加入回热器,当规定回热器窄点温差为5℃时,7种纯工质及4种非共沸混合工质在系统中的总制冷系数均高于不含回热器的ORC-VCR系统。其中非共沸混合工质在含回热器的系统中总制冷系数增加比例在某一组成范围内高于纯工质。当系统采用非共沸混合工质时,添加回热器可提升系统热力学性能。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB611;TQ051.5

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