低温有机朗肯循环系统性能分析及试验研究

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1、中图分类号：TK11论文编号：102870215-S022学科分类号：080701硕士学位论文低温有机朗肯循环系统性能分析及试验研究研究生姓名刘轩学科、专业工程热物理研究方向能源及其利用指导教师蒲文灏副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年五月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergy&PowerEngineeringAnalysisandexperimentalstudyontheperformanceoforgani

2、crankinecyclesystemsinlowtemperatureAThesisinThermalPhysicsEngineeringbyLiuXuanAdvisedbyAssociateProf.PuWenHaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMay,2015iii南京航空航天大学硕士学位论文摘要能源是人类生存和发展的物质基础.伴随着世界经济的快速增长极大地加快了不可再生能源的消耗，使得一次能源面临短缺枯竭的局面

3、。近些年来，伴随着我国经济的迅猛发展，能源消费日益增加，能源不足的问题日益凸显，同时大量使用化石燃料也带来严重的环境污染和生态破坏，化石燃料燃烧温室气体的排放，是全球温室效应的重要因素，削减温室气体的排放，缓解全球变暖进程，已在全球内达到广泛共识。本文以低温热源热利用为背景，开展了低温热源ORC热发电的研究。本文对国内外相关领域的工作做了充分的调研研究，对比国内外研究现状，结合工程实际，针对ORC系统特点，对前人已做的工作进行了总结。本文以R245fa为工质，建立基本ORC系统数学模型，通过试算法确定5-kW发电规模的ORC热发电系统的基本工况

4、点，并利用流程软件对5-kW发电规模的ORC热发电系统进行模拟计算。分析了蒸发温度、冷凝压力、热源温度对ORC系统性能的影响。在给定热源条件下，选择尽可能高的蒸发温度降低冷凝温度，有利于显著提高ORC系统整体输出功率及热效率。换热器能否与ORC系统其他设备相匹配对整个系统的运行参数有重要影响。利用夹点温差技术对系统以及蒸发器内的工况点进行性能优化分析。通过计算结果表明，系统的最佳夹点温差随着热源温度的增加而降低，最佳蒸发温度随着热源温度的升高而增加：热源温度363.15K时，最佳夹点温差4K，最佳蒸发温度332.15K；373.15K时，最佳夹

5、点温差为3K，最佳蒸发温度340.15K。本文在理论计算的基础上，以R245fa、HFE-7100为工质，对ORC系统进行了试验研究。在以R245fa为循环工质的试验中，试验结果表明：热源温度不变，工质蒸发压力、蒸发温度、液位高度、工质泵转速均维持在一个较为稳定值，系统能够在一个较为稳定的条件下运行。当热源温度稳定在332K左右，蒸发压力稳定在4.5bar左右，液位高度维持在300mm，工质泵转速维持在1200r/min左右。在R245fa试验中，系统最大输出功达到894.6W系统最大热效率达到4.1%。在以HFE-7100为循环工质的试验中，

6、HFE-7100在系统中变化趋势与R245fa变化趋势基本相同，但是在热源温度低于373.15K时，HFE-7100系统最大输出功为45W，与R245fa的894.6W有较大差距。关键词：有机朗肯循环、夹点温差、换热系数、低温热源、R245faiii低温有机朗肯循环系统性能分析及试验研究AbstractEnergyisthematerialbasisforhumansurvivalanddevelopment.Therapidgrowthoftheworldeconomy,hadgreatlyacceleratedtheconsumptiono

7、fnon-renewableenergy.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofChina'seconomy,ithasincreasedenergyconsumption.Energyshortageisbecomingincreasinglyprominent,andtheextensiveuseoffossilfuelshasalsobroughtseriousenvironmentalpollutionandecologicaldestruction.Greenhousegasemissionsf

8、romburningfossilfuels,isanimportantfactoringlobalgreenhouseeffect.Cuttingdo