基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统性能研究

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1、中文图书分类号：TK05密级：公开UDC：621学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统性能研究论文作者：张业强学科：热能工程指导教师：夏国栋教授论文提交日期:2015年6月UDC：621学校代码：10005中文图书分类号：TK05学号：B201105023密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统性能研究英文题目：STUDYONTHEPERFORMANCEOFORCSYSTEMWITHASINGL

2、E-SCREWEXPANDER论文作者：张业强学科：热能工程研究方向：环境能源高新技术的研究与开发申请学位：工学博士指导教师：夏国栋教授所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeofEngineeringSTUDYONTHEPERFORMANCEOFORCSYSTEMWITHASINGLE-SCREWEXPANDERZHANGYEQIANGS

3、upervisedbyProfessorXIAGUODONGMajorinThermalEngineeringBeijingUniversityofTechnologyMay,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它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。签名：张

4、业强日期：2015年6月9日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：张业强日期：2015年6月9日导师签名：夏国栋日期：2015年6月9日摘要摘要随着我国经济的发展，对能源的需求日益增加，而我国能源消费具有能源消费总量巨大、能源利用率低和能源消费结构不合理的特点，由此带来的环境污染严重、能源供应紧张和供需

5、矛盾不断加剧，严重制约我国经济的可持续发展。余热利用是提高能源利用率行之有效的手段。在我国，高、中温的余热利用技术比较成熟，已经得到推广应用。近年来中低温、低温余热的利用引起研究者的重视，并对不同的余热利用技术进行了探讨，其中对有机朗肯循环（OrganicRankineCycle,ORC）技术的关注最为广泛。膨胀机是有机朗肯循环系统的核心部件。单螺杆膨胀机是一种新型的容积式膨胀机，具有结构简单、受力平衡、使用寿命长、维护成本低和适用工质广泛等诸多优点，十分适合用于中小规模的中低温余热利用的有机朗肯循环系统。借

6、鉴单螺杆压缩机模型，对单螺杆膨胀机的结构和性能指标进行了介绍，并定义参数齿径比ψ=b/d2，讨论了星轮齿宽以及螺杆螺槽之间的最小肋厚与齿径比的关系，结果表明：齿径比越大，星轮齿的宽度就越大，而螺槽之间的最小肋厚就越小，所以齿径比不能太大，太大会影响螺杆的强度；齿径比也不能太小，太小会影响单螺杆膨胀机的排量。综合考虑，齿径比可以选择0.14~0.154。将齿径比代入单螺杆膨胀机的基元容积的计算式，可以极大地简化基元容积的表达式。简化后的基元容积与单螺杆膨胀机的螺杆直径是三次方关系，而系数为单螺杆膨胀机结构参数的

7、函数。借鉴Φ155单螺杆膨胀机和Φ175单螺杆膨胀机的性能测试试验台经验，搭建了以压缩空气为工质的Φ195单螺杆膨胀机的性能试验台。通过对螺杆直径分别为Φ117、Φ155、Φ175和Φ195四种型号的单螺杆膨胀机的性能测试数据进行了分析，获得了单螺杆膨胀机的性能在不同影响因素下的变化规律。分析结果表明：单螺杆膨胀机的进气体积流量、输出功率以及工质的温降并不是简单的与螺杆直径的三次方成正比，还受到其他因素的影响。而从不同型号的单螺杆膨胀机输出功率来看，转速2500rpm~3000rpm是功率输出的最佳区间。单螺

8、杆膨胀机的进气压力、膨胀比的增加，有利于单螺杆膨胀机的输出性能的提高，而排气背压的增加不利于单螺杆膨胀机的运行。研制了基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环试验系统，以潍柴动力的WP10.336型号的柴油发动机的尾气作为热源，以有机工质R123为系统循环工质。根据试验需要，自主研制开发了Φ155的单螺杆膨胀机，并研制了蒸发器和冷凝器。为了降低设备重量和体积，蒸发器为采用轻型材料钛管的螺旋盘管换热器，而冷凝器