發(fā)布時(shí)間：2021-08-30 05:14

　　內(nèi)回?zé)崾呛?jiǎn)單有效提高有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）效率的基本方法。由于循環(huán)過(guò)程的改變,使循環(huán)的熱力學(xué)規(guī)律發(fā)生了變化。以R245fa為工質(zhì),對(duì)回?zé)崞鞯幕責(zé)徇^(guò)程和機(jī)理進(jìn)行了深入分析,提出了基于對(duì)數(shù)傳熱溫差的內(nèi)回?zé)崞餍阅苡?jì)算方法,并利用熱力學(xué)分析方法,分析了過(guò)熱溫度、過(guò)冷溫度對(duì)內(nèi)回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)（IHORC）性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),內(nèi)回?zé)釡p少了循環(huán)的蒸發(fā)負(fù)荷和冷凝負(fù)荷,提高了循環(huán)效率。隨著過(guò)熱溫度的增加,循環(huán)效率和膨脹機(jī)輸出功均幾乎呈線性增加。根據(jù)循環(huán)過(guò)冷溫度大小,過(guò)冷分為一般過(guò)冷和深度過(guò)冷兩種情況:一般過(guò)冷時(shí),隨著過(guò)冷溫度的增加,雖然回?zé)崞鞯膿Q熱量和換熱效率逐漸升高,但是,循環(huán)效率逐漸降低,蒸發(fā)負(fù)荷、冷凝負(fù)荷逐漸增加;深度過(guò)冷時(shí),循環(huán)效率、回?zé)崞鲹Q熱量、回?zé)崞餍士焖僭黾?蒸發(fā)負(fù)荷和冷凝負(fù)荷快速降低,回?zé)崞髂芰炕厥兆饔瞄_始突顯。一般過(guò)冷與深度過(guò)冷的臨界點(diǎn)是回?zé)崞鞒隹谡魵飧啥?當(dāng)干度小于1時(shí)進(jìn)入深度過(guò)冷狀態(tài)。內(nèi)回?zé)徇^(guò)程的"回?zé)崃?受限于乏氣工質(zhì)的放熱量,因此,內(nèi)回?zé)嵫h(huán)適用于蒸發(fā)冷凝溫差大、過(guò)熱和深度過(guò)冷工況。 

【文章來(lái)源】：化工進(jìn)展. 2016,35(12)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

IHORC系統(tǒng)圖

芎芊獎(jiǎng)愕厙蠼夤ぶ試諢?熱器出口的狀態(tài)參數(shù)，但是由于沒(méi)有考慮傳熱溫差，不能滿足所有的循環(huán)工況。因此，作者提出了一種根據(jù)回?zé)崞鲗?duì)數(shù)傳熱溫差和能量守恒來(lái)計(jì)算工質(zhì)在回?zé)崞鞒隹跔顟B(tài)參數(shù)的方法�；�?zé)崞饕话銥槟媪鲹Q熱器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高低溫工質(zhì)在回?zé)崞髦械膫鳠釋?duì)數(shù)平均溫差在9℃左右。因此，為方便計(jì)算，假定高低溫工質(zhì)在回?zé)嶂械膫鳠釋?duì)數(shù)溫差為9℃，如式(8)。2'4a2a4'm2'4a2a4'9lnTTTTTTTTT℃(8)由式(8)和式(5)聯(lián)立，就能求得工質(zhì)在回?zé)崞鞒隹诘臓顟B(tài)參數(shù)。計(jì)算程序框圖如圖3所示。在迭代計(jì)算中，有兩點(diǎn)要注意：一是首先要把T2'＝T4a虛根排除掉；二是在工質(zhì)的兩相區(qū)，不能通過(guò)溫度和壓力來(lái)求解其他狀態(tài)參數(shù)（兩相區(qū)溫度、壓力相等，與焓、熵等參數(shù)不能一一對(duì)應(yīng)），可以借助焓值或者熵來(lái)計(jì)算。通過(guò)求得工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)后，定義回?zé)崞鞯男蕿閷?shí)際換熱量與最大可能換熱量的比，如式(9)。4'4aIHIH_maxhhh(9)其中最大可能換熱量hIH_max為前文所述的極限傳熱溫差下高溫工質(zhì)的放熱量（h2a–h2’’）和低溫工質(zhì)吸熱量（h4’’–h4a）的較小值。圖3回?zé)崞饔?jì)算程序框圖（5）蒸發(fā)器工質(zhì)在蒸發(fā)器中等壓吸熱，吸熱量如式(10)。Eva14'Qm(hh)(10)（6）循環(huán)性能指標(biāo)循環(huán)熱效率即第一定律效率如式(11)。tP2a14a3T_IHcycleEvaEvaWW(hh)(hh)QQ(11)熱力計(jì)算主要計(jì)算循環(huán)中各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)和各個(gè)熱力過(guò)程中能量及功量的交換量。2計(jì)算結(jié)果及分析循環(huán)工質(zhì)物性采用REFPROP（NISTStandardReferenceDatabase23，V8.0）物性數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。自編MATLAB程序，調(diào)用相應(yīng)的熱物性數(shù)據(jù)，對(duì)IHORC進(jìn)行循環(huán)計(jì)算。IHORC熱力計(jì)算的程序框圖如圖3所?

耍?蛘突?涑齬Φ謀浠?媛捎?基本ORC相同。由圖6可以看出，IHORC循環(huán)輸出凈功、蒸發(fā)器吸熱量、工質(zhì)泵消耗功均隨著蒸發(fā)溫度的增加而增加，與基本ORC規(guī)律相同。而冷凝器換熱量卻隨著蒸發(fā)溫度的升高而降低，與基本ORC規(guī)律相反。這是由于，回?zé)崞鹘档土伺蛎洐C(jī)乏氣進(jìn)入冷凝器的溫度，減少了冷凝負(fù)荷。同時(shí)，蒸發(fā)器負(fù)荷增加率也沒(méi)有基本ORC高。所以，在不同蒸發(fā)溫度下，回?zé)崞鞯募尤胩岣吡搜h(huán)性能，減少了蒸發(fā)負(fù)荷和冷凝負(fù)荷。圖7為蒸發(fā)溫度對(duì)回?zé)崞鲹Q熱量和換熱效率的影響。由圖可以看出，隨著蒸發(fā)溫度的升高，回?zé)釄D4IHORC熱力計(jì)算程序框圖圖5蒸發(fā)溫度對(duì)基本ORC和IHORC性能影響圖6蒸發(fā)溫度對(duì)基本ORC和IHORC能量交換的影響器的換熱量和回?zé)崞餍氏戎饾u增加達(dá)到一個(gè)峰值后逐漸降低。主要由于當(dāng)蒸發(fā)溫度高到一定程度，R245fa的飽和氣體線越陡，膨脹機(jī)出口乏氣的放熱能力受到限制。回?zé)崞鞣逯祿Q熱量約為15kW，回?zé)崞餍蕿?8%左右。所以，蒸發(fā)溫度對(duì)IHORC具有重要影響，適當(dāng)提高蒸發(fā)溫度無(wú)論對(duì)循環(huán)效率還是回?zé)崞餍识际怯幸娴摹?.2冷凝溫度對(duì)IHORC的影響固定熱源溫度為423K，不同冷凝溫度對(duì)IHORC性能的影響如圖8、圖9所示。由圖8可以看出，隨著冷凝溫度的增加，循環(huán)效率和膨脹機(jī)輸出功均降低。由圖9可以看出，循環(huán)輸出凈功、蒸發(fā)器吸熱量、冷凝器放熱量、工質(zhì)泵消耗功均隨著冷凝溫度的增加而降低，與基本ORC規(guī)律相同。但是回?zé)崞鞯脑黾�，使循環(huán)的效率得到整體提升，而且蒸發(fā)負(fù)荷和冷凝負(fù)荷也有所降低。圖10為冷凝溫度對(duì)回?zé)崞鲹Q熱量和換熱效率的影響。由圖可以看出，隨著冷凝溫度的升高，回?zé)崞鞯膿Q熱量和回?zé)崞餍手饾u降低，當(dāng)冷凝溫度從300K增加到340K時(shí)，回?zé)崞鲹Q熱量從16kW降圖7蒸發(fā)溫度對(duì)回?zé)崞鲹Q熱性能的影響


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