太阳能驱动有机朗肯循环系统动态特性模拟与分析

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1、天津大学硕士学位论文太阳能驱动有机朗肯循环系统动态特性模拟与分析DynamicPerformanceSimulationandAnalysisofSolarDrivenOrganicRankineCycleSystem一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：热能工程作者姓名：赵玮奇指导教师：赵力教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其

2、他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要我国太阳能

3、资源丰富，且资源丰富地区地广人稀，太阳能发电应用潜力巨大。但现阶段，由于缺乏高效的技术手段，加之太阳能本身能流密度低等缺点，使得太阳能利用率较低。有机朗肯循环（OrganicRankineCycle，即ORC）具有循环效率高、蒸发压力和温度低等特点，是一种良好的中低品位能源利用技术与太阳能具有良好的匹配。因此，发展太阳能驱动有机朗肯循环发电技术，对缓解我国能源紧张，完善我国中低品位热能利用技术具有重要意义。本文在充分调研的基础上完成了200kW级有机朗肯循环发电系统的工况、设备选型以及系统设计并搭建了太阳能有机朗肯循环发

4、电实验系统。系统包括热源环路、ORC环路、冷却环路等。采用R123为循环工质，以T-55导热油为热源，采用管壳式换热器，工质泵采用屏蔽泵。基于所设计的实际系统，本文建立了系统动态性能模型。以质量守恒方程、能量守恒方程为基础，利用分布参数法建立换热器模型。汽轮机与泵模型因响应远小于换热器而采用稳态模型，其出口参数分别由压比、扬程以及效率决定。基于建立的模型，设计了仿真模拟的研究方法，从模型参数、参数间关系和求解过程三个方面讨论了太阳能驱动ORC系统模型的求解方法。利用Simulink仿真平台，依据建立的模型和仿真模拟方法，

5、构建了太阳能ORC系统各部件的仿真模块，并根据系统部件之间的耦合关系，将部件连接组合为动态系统模型。依据实验数据，对系统仿真模型进行了检验，并对系统在典型日标准工况下以及在云扰动和泵故障等非标准工况下，运行性能进行模拟。结果表明：（1）典型日条件下，系统主要部件热/电功率与太阳直射辐射量变化趋势相同，夏至日条件下，辐射对系统影响最大，蒸发器和冷凝器换热功率、汽轮机做功功率最大相对变化量分别为18.2%、18.0%以及18.4%，而最大效率变化仅为2.3%；（2）太阳能辐射阶跃导致的热源温度阶跃与系统响应时间呈线性关系，且

6、云扰动对汽轮机的影响分别较蒸发器和冷凝器多2.21%和2.67%；（3）系统因导热油泵与冷却环路泵故障导致系统达到恶劣工况时间与流量阶跃量的倒数成线性关系，且冷却环路故障的响应时间远大于导热油本泵故障系统响应时间。关键词：太阳能；有机朗肯循环；动态模拟；热力循环；有机工质IAbstractChinaisrichinsolarenergyresources,andtheresource-richregionissparselypopulated,sothepotentialofsolarpowerishuge.Butatt

7、hisstage,duetothelackofefficienttechniques,coupledwithitsownlowsolarenergydensitydefects,makingsolarenergyutilizationislow.OrganicRankineCycle(ORC)hasahighcycleefficiency,lowvaporpressureandtemperatureandisanexcellentmiddleandlowenergytechnologywithgoodmatchwiths

8、olarenergy.Therefore,thedevelopmentofsolardrivenorganicRankinecyclepowertechnology,it'simportantforourcountrytoalleviateourenergycrisisandperfectthemiddleandlo