毕业论文（设计）太阳能有机朗肯循环系统动态性能分析

《毕业论文（设计）太阳能有机朗肯循环系统动态性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、太阳能有机朗肯循环系统动态性能分析摘要：本文在dymola平台上搭建了太阳能驱动的有机朗肯循环系统，分析了实测太阳辐照量数据下的系统运行情况，并针对泵转速，膨胀机转速以及不同时刻的太阳辐照量突然变化的情况考察了系统的动态性能。发现泵转速明显影响系统的蒸发压力和过热度，而膨胀机转速的波动对蒸发压力有明显影响。在低辐照量的情况下，辐照量的突然降低对系统的性能影响较大，蒸发器出口会降至两相区。而对于正午时辐照量较高的情况则影响不大。最后讨论了添加简单反馈调控手段控制泵转速的情况，发现在辐照量减少时可以明显保持膨胀机进口一定的过热度。关键词：太阳能；有机朗肯循环；动态

2、特性；蒸发器；反馈调控0.前言有机朗肯循环系统（ORC）被广泛用于各个领域的热量回收[1]。较常见的使用用途有用于烟气余热回收的ORC系统和匹配太阳能集热进行发电利用的ORC系统。WeiD等[2]利用移动边界法和分布参数法两种模型搭建了ORC系统的动态模型，研究了用于余热回收的ORC系统的动态响应性能。QuoilinS等[3]对不稳定的烟气余热热源驱动的ORC系统做了研究，并提出了三种不同的控制策略进行调控。至于太阳能驱动的有机朗肯循环系统，现在以塔式和槽式集热较为广泛[4]，也被普遍研究。CaliseF等[5]对6kw的太阳能驱动的ORC系统的动态性能进行了

3、研究，但是其内部的ORC系统并未采用动态模型进行分析。赵力[6]等对云扰动的ORC系统的动态响应做了分析。但是对于在太阳能辐照量动态变化情形下ORC系统的动态响应情况研究仍不充分。基于此，本文构建了ORC循环的动态响应模型以研究日辐照量变化情况下的系统运行情况，并在此基础上提出可被简单应用于系统的控制手段已达到被动保护系统部件的作用。图1太阳能驱动的ORC系统图基金项目：国家自然科学基金面上项目（51476110）和国家科技支撑计划课题（2014BAA01B02）资助0.系统模型本文所搭建的ORC系统模型是建立在dymola平台之上。其中，主要部件模型（换热器

4、，集热器，储液罐）参考并应用了列日大学所研发的Termo-Cycle开源库[7]。0.1蒸发器及冷凝器模型ORC系统中的蒸发器模型采用分布参数法的动态模型。将蒸发器考虑成简单套管式换热器，内部走工质，管外走导热油。工质从进入蒸发器到流出的过程中会经历从过冷状态，两相，到过热态三个阶段。在这三个阶段的传热系数有很大差别。本文将每个状态内的传热系数视为定值[3]，分别为800w/(m2·k)，1200w/(m2·k)，750w/(m2·k)。主要考虑以下方程作为系统的约束方程：质量平衡方程：(1)能量平衡方程：(2)其中：m为控制体内流体质量，h表征控制体内部流体

5、平均焓值，min、mout分别为入口，出口的质量流量，hin、hout分别为入口，出口的焓值，V为控制体体积，P为控制体内部压力，τ代表时间。Q代表换热量，由以下式子表示：(3)其中，K为传热系数，F为换热面积，Tm代表对数平均温差。值得注意的是，因为使用分布参数法的模型，整体换热管长被划分成了很多网格段，示意图如图2：图2分布参数法示意图因此，对于每一个单元控制体都要应用上述控制方程。对管外流体，导热油，将其视作不可压缩流体，并不需要对其应用质量平衡方程，即质量流量视作不变[8]。并且可以将其简化，仍未其在换热过程中物性并不会发生很大改变，将其视作常数，那么

6、对管外流体的能量平衡方程可以表述如下：(4)其中：m为单元控制体内流体质量，T为控制体流体温度，m为管外流体的质量流量，Cp为流体比热，Tin、Tout分别为入口，出口温度。还有一点需要指出的是质量平衡方程的应用，因为压力变化过程传播地很快，并且这里并未考虑沿管长方向的压力损失，因此在每一时刻管中压力是相同的[2]。那么入出口流量的变化，势必会引起管中压力的变化。而当焓值不变情况下，压力变化会引起流体物性的改变，如密度。那么流体出口密度会变化，由(8)式，出口质量流量也会改变，直至出口质量流量和入口相等式，达到下一稳定状态。0.1泵及膨胀机模型泵的模型考虑为简

7、单的容积式泵。将其内部等熵效率考虑为定值0.7。侧重点放在泵的频率改变与泵输送液体流量的关系上。(5)其中，N为泵的转速，Vs为泵的扫掠体积，ρin为泵入口流体的密度。在已知泵入出口压力的情况下，根据等熵效率可以求出泵出口焓值：(6)这里，hout、hin分别为出入口流体实际状态焓值，hs为流体出口等熵状态焓值，η为等熵效率。泵功由以下式子表示：(7)其中，Pin、Pout分别为流体入出口压力，Vin为流体入口体积流量。对于膨胀机模型，已有很多人做过详细研究。这里采用一种较为简单的涡旋式膨胀机模型[9]。类似于泵，工质流入膨胀机的质量流量受到膨胀机转速的影响：

8、(8)出口状态利用膨胀机等熵效率可以表