全流式螺杆膨胀机气液两相热力特性研究

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1、DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterThermodynamicPropertiesResearchofTwo-PhaseGas-LiquidFlowinTotalFlowScrewExpanderCandidate：WangXinyueStudentID:1110209323Supervisor：Prof.YuYuefengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Pow

2、erEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2014Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversityII万方数据万方数据万方数据万方数据摘要全流式螺杆膨胀机气液两相热力特性研究摘要全流式螺杆膨胀机作为新型中低温能源转换技术，不同于传统的蒸汽轮机，它具有适用范围广、效率高、成本低和安全性高等优点，是21世纪“先进能源技术领域”中“地热能技术方向”新的能源利用模式。全流式

3、螺杆膨胀机在我国地热发电中已得到验证性使用，由江西华电电力有限责任公司研发、设计和制造的两台全流式螺杆膨胀机发电机组，分别于2011年9月和2012年8月在西藏羊易地热田投入试运行。两相流问题是螺杆膨胀机研究的关键问题之一，对提高螺杆膨胀机能量利用率具有深远的意义。本文将主要从数学建模、理论推导和计算方面展开对螺杆膨胀机中两相流的热力特性研究工作，并进一步对全流螺杆膨胀机发电系统进行改造和优化，旨在提高全流系统的能量利用效率。首先，本文建立了全流螺杆膨胀机发电系统的关键部件螺杆膨胀机的热力学模型，分别利用热力学第一、二定律对汽水两相流在螺

4、杆膨胀机内膨胀做功的模型进行理论分析，推导了做功过程中，两相流工质的温度、压力以及干度随着过程的进行的变化情况，给出了汽水两相流在螺杆机内膨胀做功量和做功效率的计算关系式。其次，对影响螺杆膨胀机发电效率的因素进行分析，可知影响因素分别为螺杆膨胀机内的泄漏损失和动力损失。根据流体力学的基本原理，对上述两大因素进行理论分析。泄漏损失主要是由于螺杆机转子与壳体之间以及转子与转子之间的间隙引起的。动力损失主要是由于流道与流体本身而存在的，体现为沿程阻力损失。本文讨论了泄漏损失与动力损失的分析方法以及两者与气液两相流工质的干度之间的关系。I万方数据

5、摘要然后，在全流螺杆膨胀机发电系统的基础上，对其进行改进和优化。将有机朗肯循环与全流发电系统结合，充分利用热源的能量，实现对其的梯级利用。同时，有机朗肯循环利用体积比较小的低温有机工质作为工作介质的特性也能有效克服螺杆膨胀机膨胀比和梯级的限制。最后，根据西藏羊易实际地热电站的运行参数和数据对全流-ORC循环系统的性能进行计算，并与传统地热发电的二级闪蒸系统进行比较，分析了全流-ORC循环系统的火用损失分布，为进一步提高该系统的火用效率提供了依据。本文的研究成果为螺杆膨胀机的两相流研究和全流系统的优化奠定了理论基础，对推进我国的新能源开发和

6、节能减排事业的发展具有重要的理论价值和现实意义。关键词：螺杆膨胀机，气液两相流，全流系统，有机朗肯循环II万方数据摘要THERMODYNAMICPROPERTIESREASEARCHOFTWO-PHASEGAS-LIQUIDFLOWINTOTALFLOWSCREWEXPANDERABSTRACTTotalflowscrewexpanderisknownasakindofhighefficiency,lowcost,safeandnonepollutionexpansionpowermachine.Itisthoughtofthenewpa

7、tternofenergyutilizationdifferentfromtraditionalturbineintheareaofadvancedenergytechnologiesin21stcentury.Atpresent,effectivenessoftotalflowscrewexpanderhasbeenvalidatedintheareaofgeothermalgenerationofourcountry.Twototalflowscrewexpandergeneratorswhichweredeveloped,desig

8、nedandmanufacturedbyJiangxiHuadianCompanyhavealreadybeenputintotrialoperationinYangyiTibetsepara