亚临界有机朗肯循环发电系统的优化及动态仿真

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1、亚临界有机朗肯循环发电系统的优化及动态仿真重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：聂兰胸指导教师：唐胜利教授专业：动力工程及工程热物理学科门类：工学重庆大学动力工程学院二O一五年四月OptimizationandDynamicSimulationofSubcriticalOrganicRankineCycleAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByNieLanxiongS

2、upervisedbyProf.TangShengliSpecialty：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsSchoolofPowerEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要摘要有机朗肯循环系统(ORC)在低温热源回收利用技术领域有着广阔的发展前景，它具有结构简单、系统热效率高和环境友好等特点，是目前低温热源回收技术的研究热点。本课题重点分析讨论了在给定热源条件下，采用有机朗肯循环发电系统如何实现对热量高效、经济

3、的回收利用。获得结论如下：1）在给定热源条件下，对工质作了筛选，指出R245fa综合表现最好；以R245fa为工质的再热型、回热型及基本型有机朗肯循环发电系统为对象，以火用效率、热效率及投资成本作为优化变量，以实现系统对中低温热源回收的综合性能最优为目标，构建了优化函数，分析比较了三种系统的综合性能，分析表明：再热型有机朗肯循环发电系统综合表现最差。在优化所获得的最优解空间内，若选择火用效率较小的解作为最优解，采用基本有机朗肯循环发电系统最好，若兼顾三个目标函数，选择火用效率较大的解作为最优解，回热型及基本有机朗肯循环发电系统均可选择来回收此热源

4、。通过参数敏感性分析发现，冷凝压力对目标函数的影响最为显著；2）在变工况条件下，对能量回收性系统，若以输出功率最大为目标，进行运行参数的选择，可以更加充分利用余热。当外界热源负荷降低时以输出功率最大为目标运行，是保证换热器出口有机工质刚好加热到饱和蒸汽状态来实现的；在变工况下以输出功率最大为目标运行时，此时系统输出功率及热效率随外界热源温度或流量的增加几乎线性增加，随热源温度的增加，系统热回收效率增加，不可逆损失降低；但随热源流量增加时，系统热回收效率却下降，不可逆损失增加。3）本文构建了ORC系统各部件动态仿真模块，分析了外界条件变化时系统主要

5、输出参数及蒸发器、冷凝器各相区长度的动态响应特性。当外界条件变化时，回热型有机朗肯循环发电系统响应时间较长，回热器对系统响应有着较大影响。关键词：有机朗肯循环(ORC),余热回收，多目标优化，变工况，动态性能仿真I英文摘要ABSTRACTOrganicRankineCycle(ORC)powergenerationtechnologyhasabroadprospectfordevelopmentinthefieldoflow-temperaturewasteheatrecoveryandutilization.Itdrawsattentionsb

6、ysimplestructure,highthermalefficiencyandenvironmentallyfriendly.ThispaperfocusesonhowtoachieveeffectiveandeconomicalrecyclingofORCpowergenerationsystematthegivenconditionsofheatsource.Therefore,itissoimportantfortheanalysisofthesystemperformanceunderoff-designconditionsanddy

7、namicsimulationaboutthesystem.Themainconclusionsforthisstudyareasfollows:Firstly,R245fawaschosenasworkingfluidatthegivenconditionsofheatsourceinthisstudy.Then,ittakesthethermalefficiency,exergyefficiencyandtheinitialinvestmentcostastheoptimizationobject,comparedthecomprehensi

8、veperformanceofORCwithRecuperator,ReheatORCandBasicORCpowergeneratio