【摘要】：有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是低品位熱能轉(zhuǎn)換利用的關(guān)鍵技術(shù),而膨脹機(jī)是ORC系統(tǒng)的核心部件。為了研究渦旋膨脹機(jī)的容積效率和等熵效率的影響因素,并進(jìn)一步探究膨脹機(jī)的性能對(duì)ORC系統(tǒng)性能的影響,本文針對(duì)渦旋膨脹機(jī)展開了理論及應(yīng)用研究。主要研究工作：對(duì)渦旋膨脹機(jī)進(jìn)行理論研究,分析造成膨脹機(jī)做功損失的內(nèi)、外不可逆因素。分析容積效率、等熵效率的影響因素與計(jì)算方法。以額定進(jìn)氣量28.6m3/h,內(nèi)置容積比2.85的渦旋膨脹機(jī)為基礎(chǔ),采用VB程序建立渦旋膨脹機(jī)及ORC系統(tǒng)主要設(shè)備模型,利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)膨脹機(jī)模型進(jìn)行驗(yàn)證及誤差分析。模擬不同冷凝溫度下,分別使用干工質(zhì)R245fa和R124的兩種ORC系統(tǒng)性能隨膨脹機(jī)膨脹比的變化情況。設(shè)計(jì)搭建發(fā)電量6kW的ORC發(fā)電測(cè)試臺(tái)。主要研究結(jié)果與創(chuàng)新：(1)以某型號(hào)渦旋膨脹機(jī)參數(shù)為基礎(chǔ),對(duì)建立的膨脹機(jī)半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,經(jīng)誤差分析得到：工質(zhì)出口溫度的絕對(duì)誤差低于3K,相對(duì)誤差小于1%；質(zhì)量流量的絕對(duì)誤差小于0.004kg/s,最大相對(duì)誤差為小于1%；電功率的絕對(duì)誤差低于81W,相對(duì)誤差小于5%。對(duì)本文搭建的ORC發(fā)電測(cè)試臺(tái)進(jìn)行誤差分析,結(jié)果顯示測(cè)試臺(tái)電效率最大不確定度小于5%。各項(xiàng)指標(biāo)滿足精度要求。(2)針對(duì)本文研究的特定渦旋膨脹機(jī),擬合出了渦旋膨脹機(jī)容積效率和等熵效率的多項(xiàng)式表達(dá)式。容積效率與等熵效率可由轉(zhuǎn)速、膨脹比和工質(zhì)進(jìn)氣壓力決定的三元二次多項(xiàng)式計(jì)算得出。(3)ORC系統(tǒng)的模擬結(jié)果顯示,在一定的冷熱源溫度下,系統(tǒng)的性能隨膨脹機(jī)膨脹比有規(guī)律地變化。對(duì)于采用R245fa的ORC系統(tǒng),冷凝溫度45℃,膨脹比為8時(shí),系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功達(dá)到最大值2.13kW/(kg/s)；冷凝溫度45℃,膨脹比為4.3時(shí),系統(tǒng)的循環(huán)效率達(dá)到最大值6.89%；冷凝溫度25℃,膨脹比為3.1時(shí),系統(tǒng)的(?)效率達(dá)到最大值45.9%。對(duì)于采用R124的ORC系統(tǒng),冷凝溫度35℃,膨脹比為5.6時(shí),系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功達(dá)到最大值2.55kW/(kg/s)；冷凝溫度25℃,膨脹比為4.1時(shí),系統(tǒng)的循環(huán)效率達(dá)到最大值7.36%；冷凝溫度25℃,膨脹比為2.6時(shí),系統(tǒng)的(?)效率達(dá)到最大值47.35%。在不同冷凝溫度下,兩種不同干工質(zhì)系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功隨著膨脹比的增大而增大,兩工質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)效率和(?)效率均隨著膨脹比的增加而先增大后減小。(4)模擬結(jié)果表明,過熱度對(duì)R245fa系統(tǒng)效率的影響很小,但對(duì)R124系統(tǒng)的影響較大。在相同的冷熱源溫度下,過熱度越大,循環(huán)效率和(?)效率越高,且隨著膨脹比的增加,過熱度對(duì)R124系統(tǒng)性能的改善作用增大。本文的研究結(jié)果對(duì)進(jìn)一步開展ORC熱機(jī)系統(tǒng)的理論研究和應(yīng)用研究有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

圖２－１鍋旋膨脹機(jī)腔體圖逡逑（ａ）進(jìn)氣腔；（ｂ）第一膨脹腔；（Ｃ）第二膨脹腔：（ｄ）第Ｈ膨脹腔；（ｅ）排氣胺逡逑如圖２－１所示，兩個(gè)相同禍旋參數(shù)的禍旋體重疊放置，將其中的一個(gè)禍旋體（動(dòng)禍逡逑旋盤，如圈中藍(lán)色部分所示）旋轉(zhuǎn)１８０°，巧平移一個(gè)間轉(zhuǎn)半徑的距離，即可與靜n&旋盤逡逑（如圖中黑色部分所示）相切緊密接觸。此時(shí)可形成多個(gè)月牙形空間。禍旋膨脹機(jī)的逡逑運(yùn)行過程可劃分為Ｈ個(gè)連續(xù)的階段，即進(jìn)氣階段，膨脹階段和排氣階段，？；個(gè)階段分別逡逑發(fā)生在進(jìn)氣腔（見圖２－ｌａ）、膨脹腔（見圖２－化、固２－ｌｃ和圖２－ｌｄ）和排氣腔（見圖逡逑２－ｌｅ）。在本義提出的內(nèi)、外不可逆巧素中，內(nèi)不可逆Ｗ素巧；個(gè)Ｘ作階段均有涉及，而逡逑外不可逆因素主要包含在排氣階段，，即圖２－ｌｅ所對(duì)應(yīng)的排氣腔中。逡逑８逡逑

軸向間隙的不均勻性導(dǎo)致軸向間隙的分析十分困難。本文假定軸向間隙在禍旋盤逡逑中均勻分布且固定不變，Ｗ對(duì)其進(jìn)行研究。逡逑膨脹機(jī)軸向間隙幾何模型及受力分析如圖２－２所示。逡逑靜禍旋盤一ｊ逡逑＾邐一徑向泄漏方向逡逑低壓腔Ｉ邐Ｉ高壓腔逡逑軸向間隙ＣｍＪ—若逡逑動(dòng)滿旋盤逡逑圖２－２軸向間隙泄漏模型逡逑圖中，為軸向間隙值，ｍ。如前文所述，流經(jīng)軸向間隙的流體為油氣混合物，其逡逑粘性是不可忽略的因素。故軸向間隙的徑向泄漏為粘性流體在壓差作用下的流動(dòng)。對(duì)微逡逑元體進(jìn)行受力分析Ｐ５１，如圖２－３所示：逡逑＼＾＾／ｊ＼＾ｐ－Ｋｄｐ／ｄｒ）ｄｒ逡逑圖２－３徑向泄漏流體受力分析逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK115

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2530903