本文關(guān)鍵詞：有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化與軸流式汽輪機(jī)性能研究

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【摘要】：隨著能源需求的增加和化石燃料儲(chǔ)量的減少,合理利用各類可持續(xù)能源和工業(yè)余熱等低品位廢熱越來(lái)越受到重視,有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是一種回收低品位熱能的有效方式。本文圍繞ORC,主要研究?jī)?nèi)容包括：系統(tǒng)的參數(shù)分析與優(yōu)化、系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備軸流式汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)與優(yōu)化�；跓嵩磁c有機(jī)工質(zhì)換熱過(guò)程的能量方程,通過(guò)對(duì)換熱過(guò)程冷側(cè)和熱側(cè)溫差的求導(dǎo)分析,得到窄點(diǎn)溫差位置隨系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律,建立起熱源與有機(jī)工質(zhì)的換熱模型。模型顯示,窄點(diǎn)溫差位置可由熱源入口溫度和一個(gè)工質(zhì)物性復(fù)合而成的特性溫度確定。當(dāng)熱源溫度大于工質(zhì)特性溫度,窄點(diǎn)溫差位于有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器入口溫度處；當(dāng)熱源溫度小于工質(zhì)特性溫度,窄點(diǎn)溫差位于工質(zhì)蒸發(fā)溫度處。依據(jù)建立的熱源與有機(jī)工質(zhì)換熱模型,利用近似熱力學(xué)公式和ORC基本模型,建立ORC系統(tǒng)的熱力學(xué)理論分析模型�；诖死碚撃Ｐ�,分析蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過(guò)熱度和中間換熱器以及熱源溫度對(duì)系統(tǒng)凈功輸出和系統(tǒng)效率的影響,并將理論分析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性。分析結(jié)果表明,窄點(diǎn)溫差位置極大的影響系統(tǒng)性能的變化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)建立的理論模型進(jìn)行簡(jiǎn)化得到簡(jiǎn)化的理論模型,從簡(jiǎn)化模型推導(dǎo)得到最佳蒸發(fā)溫度的計(jì)算公式,并通過(guò)與模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證公式準(zhǔn)確性。根據(jù)前面對(duì)系統(tǒng)參數(shù)分析,利用數(shù)值模擬方法對(duì)熱源溫度、蒸發(fā)壓力和冷凝溫度進(jìn)行多參數(shù)分析和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)ORC系統(tǒng)的分析表明,增加有機(jī)工質(zhì)過(guò)熱度不會(huì)提高系統(tǒng)凈功輸出和系統(tǒng)效率；增加中間換熱器可以提高系統(tǒng)效率,但對(duì)系統(tǒng)凈功輸出的影響非常小；系統(tǒng)效率隨熱源溫度的升高而提高,當(dāng)熱源低于工質(zhì)特性溫度,存在最佳蒸發(fā)溫度使凈功輸出極大化,當(dāng)熱源溫度高于工質(zhì)特性溫度,凈功輸出隨熱源溫度升高而提高；存在最佳冷凝溫度使系統(tǒng)凈功輸出和系統(tǒng)效率取極大值。根據(jù)有機(jī)工質(zhì)的熱物性,分析有機(jī)工質(zhì)膨脹過(guò)程中馬赫數(shù)、流通面積和近臨界膨脹方面的膨脹特性。依據(jù)其特性選擇AMDCKO損失預(yù)測(cè)模型,對(duì)有機(jī)工質(zhì)軸流式汽輪機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析,得到需要優(yōu)化的8個(gè)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)：噴嘴相對(duì)節(jié)距、動(dòng)葉相對(duì)節(jié)距、噴嘴氣流沖角、動(dòng)葉氣流沖角、噴嘴葉片入口角、反動(dòng)度、速比和徑比。依據(jù)AMDCKO損失預(yù)測(cè)模型,對(duì)模型中相關(guān)圖表進(jìn)行合,選擇級(jí)間效率為優(yōu)化目標(biāo),利用遺傳算法對(duì)軸流式汽輪機(jī)單級(jí)進(jìn)行8參數(shù)化。隨后,提供了使用真實(shí)工質(zhì)物性和模型損失來(lái)確定膨脹過(guò)程中的喉部位置和當(dāng)?shù)匾羲俚姆椒�。本文最�?依據(jù)MATLAB平臺(tái),通過(guò)對(duì)前面的內(nèi)容進(jìn)行整理,編寫了ORC所涉及過(guò)程的相關(guān)函數(shù),所有函數(shù)共同組成了ORC工具箱。通過(guò)此工具箱,可以通過(guò)函數(shù)調(diào)用方式實(shí)現(xiàn)ORC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化、軸流式汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)朗肯循環(huán) 參數(shù)優(yōu)化 理論模型 最優(yōu)蒸發(fā)溫度 軸流式汽輪機(jī)
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK115;TK261
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 研究背景11-15
• 1.2 有機(jī)朗肯循環(huán)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展15-20
• 1.2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)研究綜述16-17
• 1.2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)研究17-19
• 1.2.3 膨脹機(jī)研究19-20
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容20-22
• 2 有機(jī)朗肯循環(huán)熱力學(xué)模型與參數(shù)分析22-39
• 2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)基本模型22-27
• 2.1.1 有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)22-23
• 2.1.2 有機(jī)朗肯循環(huán)熱力學(xué)模型23-27
• 2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)理論模型27-31
• 2.2.1 蒸發(fā)器換熱模型27-29
• 2.2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)理論模型29-31
• 2.3 有機(jī)朗肯循環(huán)參數(shù)分析31-37
• 2.3.1 過(guò)熱度的影響31-33
• 2.3.2 中間換熱器的影響33-34
• 2.3.3 蒸發(fā)溫度的影響34-35
• 2.3.4 冷凝溫度的影響35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 3 有機(jī)朗肯循環(huán)參數(shù)優(yōu)化39-51
• 3.1 有機(jī)朗肯循環(huán)簡(jiǎn)化理論模型39-44
• 3.1.1 有機(jī)朗肯循環(huán)理論模型簡(jiǎn)化39-40
• 3.1.2 簡(jiǎn)化理論模型的參數(shù)優(yōu)化40-41
• 3.1.3 簡(jiǎn)化理論模型準(zhǔn)確性分析41-44
• 3.2 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化44-50
• 3.2.1 蒸發(fā)壓力和冷凝溫度45-48
• 3.2.2 熱源溫度48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 4 有機(jī)工質(zhì)軸流式汽輪機(jī)性能分析51-73
• 4.1 軸流式汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)51-58
• 4.1.1 有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)的膨脹規(guī)律51-53
• 4.1.2 有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)的近臨界膨脹過(guò)程53-54
• 4.1.3 損失預(yù)測(cè)模型54-58
• 4.2 軸流式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析58-64
• 4.2.1 相對(duì)節(jié)距和氣流出口角58-60
• 4.2.2 相對(duì)節(jié)距與氣流沖角60-62
• 4.2.3 氣流沖角62-63
• 4.2.4 葉柵徑比63-64
• 4.3 軸流式汽輪機(jī)參數(shù)優(yōu)化64-71
• 4.3.1 預(yù)測(cè)模型程序化64-68
• 4.3.2 模型多參數(shù)優(yōu)化68-71
• 4.3.3 膨脹過(guò)程中實(shí)際音速的確定71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 5 基于MATLAB的有機(jī)朗肯循環(huán)工具箱開(kāi)發(fā)73-79
• 5.1 有機(jī)工質(zhì)調(diào)用與REFPROP73
• 5.2 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化函數(shù)73-75
• 5.2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備函數(shù)編寫73-74
• 5.2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化函數(shù)編寫74-75
• 5.3 軸流式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化函數(shù)75-77
• 5.3.1 損失預(yù)測(cè)模型基本函數(shù)編寫75-76
• 5.3.2 損失預(yù)測(cè)模型各項(xiàng)損失函數(shù)編寫76-77
• 5.3.3 基于損失預(yù)測(cè)模型的軸流式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)與優(yōu)化函數(shù)編寫77
• 5.4 本章小結(jié)77-79
• 總結(jié)與展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 附錄86-101
• 致謝101-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文102-103

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本文編號(hào)：737026