小型ORC系统关键部件实验与模拟研究

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1、小型ORC系统关键部件实验与模拟研究ExperimentalandSimulationStudyonKeyComponentsofSmall-ScaleORCSystem学科专业：热能工程作者姓名：张高峰指导教师：张于峰教授天津大学环境科学与工程学院2017年12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。

2、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：年月日摘要在低温工业余热回收以及太阳能、生物质能和地热能发电等领域，小型有机朗肯循环（ORC）是一项可行且有潜力的技术。而在ORC系统小型化的过程中，存在一些技术难点，比如选用适合的小型

3、膨胀机、形体小且可以满足ORC系统需求的换热器。本文针对这两个主要问题搭建实验台，用以研究小型螺杆膨胀机、干式套管式换热器在ORC系统中的性能，并建立了详细的ORC系统仿真模型。结果表明，在小型ORC系统中使用螺杆膨胀机是可行的，可以实现更大膨胀比，有更大的优化潜力；干式套管式换热器形体紧凑、行程长，可以实现ORC系统中循环介质所需的大温升，满足作为ORC系统蒸发器和冷凝器的需求。由于允许液体参与膨胀的螺杆式膨胀机以及干式套管换热器的使用，实验发现在恒定热源下ORC系统的性能随工质泵性能变化明显，通过工质泵变频控制循环流量从而调整介质在蒸发器出口的状态，可以使ORC循

4、环在最佳状态运行。本文针对100℃热源，15℃冷源，设计的小型ORC机组最大发电量达到1.5kW，热效率为4.6%。本文还基于Python语言建立的详细的ORC循环的计算模型，模型中考虑了膨胀机内循环介质混油的情况，使之更贴近实际运行情况。经试验数据验证，膨胀机等熵效率的仿真偏差不大于10.2%，机组循环效率的仿真偏差不大于16.80%。关键词：小型ORC，螺杆膨胀机，干式套管式换热器，Python仿真IABSTRACTInthefieldoflowtemperatureindustrialwasteheatrecovery,solarthermalpowergene

5、ration,biomasspowergeneration,geothermalpowergenerationandotherfields,small-scaleorganicRankinecycleisaviableandtechnicallypromisingtechnology.IntheprocessofminiaturizationofORCsystem,therearesometechnicaldifficulties,suchastheselectionofsuitablesmallexpander,smallsizeandcanmeettheneeds

6、oftheORCsystemheatexchanger.InordertostudytheperformanceofthesmallscrewexpanderanddrybushingheatexchangerinORCsystem,adetailedexperimentalmodelofORCsystemisestablishedinthispaper.TheresultsshowthatthefeasibilityofusingascrewexpanderinasmallORCsystemcanachievegreaterexpansionratioandhave

7、greaterpotentialforoptimization.ThedrybushingheatexchangerhasacompactshapeandalongstrokeandcanrealizecirculatingmediumintheORCsystemThelargetemperatureriserequiredmeetstheneedsoftheORCevaporatorandcondenser.Duetotheuseofthescrewexpanderandthedrytubeheatexchangerthatallowtheliqu