低温地热能ORC发电系统涡轮膨胀机流场模拟研究

发布时间：2018-12-15 12:26

【摘要】：在全球化石能源紧缺、环境日益恶劣的大形势下,新能源开发、余热利用成为解决当下日趋恶劣的能源状况的必要举措。利用有机朗肯循环技术(Organic Rankine Cycle,ORC)对地热能进行高效利用,将极大地缓解当下的能源紧张情况。向心式涡轮膨胀机作为有机朗肯循环系统的核心部件,拥有良好的发展前景,对于中低温热源回收利用的场合,采用向心式涡轮膨胀机可实现较高的转换效率。本文利用有机朗肯循环技术对95℃低温地热能进行机理分析,设计地热能ORC发电系统,对低温地热能有机朗肯循环发电系统进行热力学分析,并对系统蒸发温度、过热度及过冷度等主要参数进行优化分析。结果表明对于基本有机朗肯循环,系统循环热效率和膨胀机输出功随蒸发温度的升高成递增趋势,膨胀机进出口温差的增大可显著提高系统的循环热效率;过热温度对ORC系统的影响与普通朗肯循环的影响不同,它与有机工质的热物性和系统工况有关。随着过热温度的增大,系统循环热效率先增加后减小,出现最大循环热效率及最优过热温度。根据系统参数对50kW涡轮膨胀机进行热力学计算,导叶和叶轮的三维设计,利用Ansys软件中CFX模块对导叶及叶轮内部流场进行分析,最后采用均匀设计试验方法,对涡轮膨胀机叶轮进行优化。模拟结果显示在叶轮叶片前缘及尾缘存在冲击损失及尾迹损失,在叶轮30%相对弦长处存在过度膨胀,产生局部低压区,同时存在由轮毂至轮缘的二次流流动。在合理的取值范围内采用较小的轮径比可以减少叶轮流道流动损失;在相对弦长30%左右靠近轮缘区域,工质流动方向发生较大转折,与轮缘壁面产生局部低能团,存在较大熵增区;在叶轮出口尾缘处,由于尾迹损失存在低速流动气流,并且低速流体与主流体发生混掺效应,部分机械能转化为工质的热能,造成损失的进一步加大;轮缘与轮毂侧由于附面层的存在,较中间区域熵增明显;在取值范围内采用较大的子午面流道宽度,叶轮对出口气流控制作用增大,有利于减少叶轮流道流动损失,提高膨胀机效率。
[Abstract]:Under the situation of global fossil energy shortage and increasingly bad environment, the development of new energy and the utilization of surplus heat become the necessary measures to solve the worsening energy situation. Using organic Rankine cycle technology (Organic Rankine Cycle,ORC) to utilize geothermal energy efficiently will greatly alleviate the current energy stress. As the core component of organic Rankine cycle system, the centripetal turbine expander has a good prospect of development. In the case of heat source recovery and utilization at medium and low temperature, the use of the concentric turbine expander can achieve higher conversion efficiency. In this paper, the mechanism of low temperature geothermal energy at 95 鈩，

本文编号：2380628