低温有机朗肯循环系统性能分析及试验研究

发布时间：2017-10-21 20:41

  本文关键词：低温有机朗肯循环系统性能分析及试验研究

  更多相关文章： 有机朗肯循环 夹点温差 换热系数 低温热源 R245fa

【摘要】：能源是人类生存和发展的物质基础.伴随着世界经济的快速增长极大地加快了不可再生能源的消耗,使得一次能源面临短缺枯竭的局面。近些年来,伴随着我国经济的迅猛发展,能源消费日益增加,能源不足的问题日益凸显,同时大量使用化石燃料也带来严重的环境污染和生态破坏,化石燃料燃烧温室气体的排放,是全球温室效应的重要因素,削减温室气体的排放,缓解全球变暖进程,已在全球内达到广泛共识。本文以低温热源热利用为背景,开展了低温热源ORC热发电的研究。本文对国内外相关领域的工作做了充分的调研研究,对比国内外研究现状,结合工程实际,针对ORC系统特点,对前人已做的工作进行了总结。本文以R245fa为工质,建立基本ORC系统数学模型,通过试算法确定5-kW发电规模的ORC热发电系统的基本工况点,并利用流程软件对5-kW发电规模的ORC热发电系统进行模拟计算。分析了蒸发温度、冷凝压力、热源温度对ORC系统性能的影响。在给定热源条件下,选择尽可能高的蒸发温度降低冷凝温度,有利于显著提高ORC系统整体输出功率及热效率。换热器能否与ORC系统其他设备相匹配对整个系统的运行参数有重要影响。利用夹点温差技术对系统以及蒸发器内的工况点进行性能优化分析。通过计算结果表明,系统的最佳夹点温差随着热源温度的增加而降低,最佳蒸发温度随着热源温度的升高而增加:热源温度363.15K时,最佳夹点温差4K,最佳蒸发温度332.15K;373.15K时,最佳夹点温差为3K,最佳蒸发温度340.15K。本文在理论计算的基础上,以R245fa、HFE-7100为工质,对ORC系统进行了试验研究。在以R245fa为循环工质的试验中,试验结果表明:热源温度不变,工质蒸发压力、蒸发温度、液位高度、工质泵转速均维持在一个较为稳定值,系统能够在一个较为稳定的条件下运行。当热源温度稳定在332K左右,蒸发压力稳定在4.5bar左右,液位高度维持在300mm,工质泵转速维持在1200r/min左右。在R245fa试验中,系统最大输出功达到894.6W系统最大热效率达到4.1%。在以HFE-7100为循环工质的试验中,HFE-7100在系统中变化趋势与R245fa变化趋势基本相同,但是在热源温度低于373.15K时,HFE-7100系统最大输出功为45W,与R245fa的894.6W有较大差距。
【关键词】：有机朗肯循环 夹点温差 换热系数 低温热源 R245fa
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景及意义14
• 1.2 低温热源现状14-16
• 1.3 低温有机朗肯循环发电技术综述16-21
• 1.3.1 有机工质的选择的研究17-18
• 1.3.2 有机朗肯循环系统结构的研究18-20
• 1.3.3 有机朗肯循环运行参数的研究20-21
• 1.4 本文研究内容21-22
• 第二章 ORC系统模型的建立22-30
• 2.1 ORC系统流程22-23
• 2.2 ORC系统热力学模型建立23-25
• 2.3 ORC系统性能评价模型的建立25-29
• 2.3.1 基于夹点温差技术系统模型的建立25-27
• 2.3.2 ORC系统蒸发器模型的建立27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 ORC系统性能分析30-52
• 3.1 设计工况分析30-32
• 3.2 运行参数对系统影响32-38
• 3.2.1 模型验证32
• 3.2.2 蒸发温度对系统影响32-34
• 3.2.3 冷凝压力对系统影响34-36
• 3.2.4 热源温度对系统影响36-38
• 3.3 ORC系统性能评价分析38-45
• 3.3.1 不同夹点温差下系统性能分析38-41
• 3.3.2 系统最佳工况下蒸发器性能分析41-45
• 3.4 带相变储热器内回热式系统分析45-50
• 3.4.1 系统结构及工作原理46-48
• 3.4.2 计算结果及分析48-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 ORC系统试验研究52-72
• 4.1 ORC试验系统52-60
• 4.1.1 热源子系统53-55
• 4.1.2 冷源子系统55-57
• 4.1.3 ORC运行系统57-60
• 4.2 试验系统运行操作60-62
• 4.2.1 ORC运行控制系统60-61
• 4.2.2 启动操作步骤61-62
• 4.2.3 停机操作步骤62
• 4.3 参数测量与试验误差分析62-64
• 4.3.1 参数测量62-63
• 4.3.2 误差分析63-64
• 4.4 试验中存在的问题及解决方法64-65
• 4.4.1 工质泵调节问题64
• 4.4.2 系统不稳定问题64-65
• 4.4.3 系统操作安全问题65
• 4.5 试验结果与分析65-70
• 4.5.1 R245fa试验数据处理分析65-68
• 4.5.2 HFE-7100试验数据处理分析68-70
• 4.6 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 总结72-73
• 5.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果80

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本文编号：1075186