基于变透平效率的有机朗肯循环多目标优化

发布时间：2020-08-19 20:48

【摘要】：随着化石能源枯竭问题的日益严重,以有机朗肯循环(Organic Rankine cycle)系统对低品位能源的回收利用成为当前研究的热点。工质筛选和参数优化可以有效改善系统的综合性能,而以多目标算法对系统进行优化可以弥补单一评价指标的局限性。本文着重研究了ORC系统的多目标优化问题,针对ORC系统多目标优化过程中透平效率变化和蒸发器压降变化两点问题,提出了差额功和压损功两个概念,并建立相关数学物理模型对其进行预测和优化,引入多目标灰狼算法取代传统多目标算法。首先,基于热经济学指标对系统进行变透平效率多目标优化,研究了戊烷,己烷,庚烷,环己烷,苯和甲苯六种工质的透平效率随蒸发温度和冷凝温度的变化情况,并分析了透平膨胀压比(VFR)和透平效率的相关性,对比了定透平效率寻优和变透平效率寻优的结果,对热源温度和环境温度进行敏感性分析,结果表明:在给定热源条件下,对于定透平效率多目标寻优,环己烷和甲苯是最优工质;对于变透平效率多目标寻优,苯是最优工质;对热源温度和环境温度进行敏感性分析结果表明,两种寻优方式的最佳(火用)效率表现出相反的趋势。其次,基于(火用)经济学指标对系统进行变透平效率多目标优化,研究了R245fa、R123、R114、R245ca和戊烷五种工质的系统表现,并依据控制变量思想仅研究蒸发温度变化时动态透平效率对多目标优化结果的影响,以候选工质中透平效率变化最剧烈的工质(R245fa)和透平效率变化最平缓的工质(R123)为例,对比定透平效率寻优和变透平效率寻优大的差别,并针对热源温度进行了敏感性分析,结果表明:在给定热源条件下,戊烷具有最优的系统表现;对于透平效率下降程度最剧烈的工质R245fa,动态透平效率会影响决策变量在帕累托前沿中的分布;对于透平效率下降程度最平缓的工质R123,动态透平效率只会造成寻优结果的偏差,并不影响决策变量的分布。最后,基于非限制系统设计思想,以板长、板宽和板间距为优化变量,以蒸发器面积和蒸发器总压降为目标函数,考虑蒸发器尺寸参数变化对系统的影响,确定在给定蒸发温度和冷凝温度下的最优板长、板宽和平板间隙取值,结果表明:随着板长增加,蒸发器总压降增加,蒸发器面积减小;随着板宽和板间距增加,蒸发器总压降减小,蒸发器面积增加。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK115

【参考文献】