低品位热能驱动有机朗肯循环的变工况特性

发布时间：2019-11-16 01:06

【摘要】：构建有机朗肯循环变工况分析模型,研究热源条件对系统变工况性能的影响规律。结果表明:随着热源温度升高,系统的最佳蒸发压力线性增大,而涡旋膨胀机的等熵效率逐渐减小。相比额定工况,热源温度变化-30.0K与30.0K时,净输出功率变化了-32.4%与18.4%,热效率降低了4.0%与11.4%,热回收效率变化幅度分别为-9.8%及8.9%;当热源温度从423增大至483K时,系统不可逆损失的变化率为-37.1%与45.5%,火用效率的变化率为6.7%与-17.5%。相比热源流量,热源温度对系统变工况性能的影响更大。
【图文】：

系统构成

式中：ｑｍ为质量流量，ｈ为比焓，ｃ为比热容，Θ为温度；下标ｆ、ｇ分别表示工质与烟气，下标ｉｎ、ｏｕｔ分别表示进、出口。图１ＯＲＣ系统构成Ｆｉｇ．１ＳｋｅｔｃｈｏｆＯＲＣｓｙｓｔｅｍ蒸发器各区传热面积可通过式（２）进行计算：Ａｅ＝ΦｅＫｅΔΘｅ（２）１Ｋｅ＝ＡｏαｉＡｉ＋δｗλｗＡｏＡｍ＋１αｏηｏ（３）式中：Ｋｅ为综合传热系数，ΔΘ为对数平均传热温差，α为对流传热系数，δｗ为换热管壁面厚度，λｗ为换热管壁面导热系数；下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示换热管内部、外部及平均直径处。采用Ｇｎｉｅｌｉｎｓｋｉ关联式计算工质处于单相区时的表面传热系数［１１］：Ｎｕｊ＝（ｆ／８）ＲｅｊＰｒｊ１２．７（ｆ／８）０．５（Ｐｒ２／３ｊ－１）＋１．０７（４）式中，ｆ为阻力系数。两相状态下，工质的表面传系数计算式为［１１］α＝α′｛［（１－χ）＋１．２０．４（１－χ（）ρ′ρ）″０．］３７－２．２［＋α″α′χ０．０１（１＋８（１－χ）０．７（）ρ′ρ）″０．］｝６７－２－０．５（５）式中：χ为工质干度，ρ为密度；上标′、″分别表示饱和液态与饱和气态。管外烟气侧的表面传热系数计算式为［１２］Ｎｕｇ＝０．（１３７８ｄ０ｑｍｍａｘμ）ｇ０．７１８（Ｐｒｇ）１／（３）ＹＨ０．２９６（６）式中：ｄ０为

示意图,涡旋膨胀机,工作过程,示意图

面传热系数计算式为［１２］Ｎｕｇ＝０．（１３７８ｄ０ｑｍｍａｘμ）ｇ０．７１８（Ｐｒｇ）１／（３）ＹＨ０．２９６（６）式中：ｄ０为管子直径，ｑｍｍａｘ为最窄处质量流量，μ为黏度，Ｙ为翅片间距。根据火用平衡原理，蒸发器的不可逆损失为Ｉｅ＝Ｅｇ，ｉｎ＋Ｅｅ，ｉｎ－Ｅｇ，ｏｕｔ－Ｅｅ，ｏｕｔ（７）式中：Ｅ为热量火用，ｓ为比熵。１．２涡旋膨胀机模型工质在涡旋膨胀机内的工作过程如图２所示。图２涡旋膨胀机工作过程示意图Ｆｉｇ．２Ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｘｐａｎｄｅｒｍｏｄｅｌ忽略绝热进气过程（１－２）的压力损失。对于等压冷却过程（２－３），，工质的能量损失为［１３］ｑｍｆ（ｈ３－ｈ２）＝Ｕ１ｎＡ（ｑｍｉｎｑｍ）ｎ０．８（Θ２－Θｗ）（８）式中：Ｕ１ｎ为绝热进气过程换热能力，Θｗ为膨胀机壁面的温度；下标ｎ表示额定工况。工质经绝热可逆过程（３－４）及定容膨胀（４－５）过程所做的功为［１１］Ｗｅｘ＝ｑｍｉｎ［（ｈ３－ｈ４）＋ｖ４（ｐ４－ｐｏｕｔ）］（９）式中：ｖ为工质的比容，ｐ为工质的压强。在等压排气过程（６－７），工质与膨胀机外壳间的换热量为ｑｍｆ（ｈ７－ｈ６）＝Ｕ２ｎＡ（ｑｍｉｎｑｍ）ｎ０．８（Θｗ－Θ６）（１０）式中，Ｕ２为绝热排气过程换热能力。此外，膨胀机与环境之间的换热量Φａｍｂ＝Ｕ３ｎＡ（Θｗ

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