工业余热回收的耦合压缩-吸收式高温热泵循环

针对常规吸收式热泵和压缩式热泵无法兼顾温升与效率的问题,本文提出采用热耦合压缩-吸收式热泵来达到高效高温输出的目的,并根据不同场景需求构建大温升型循环和高温输出型循环.采用R245fa和溴化锂-水溶液作为工质,针对100℃以上输出温度,利用Aspen Plus软件建立数学模型并对循环性能进行计算.研究结果显示:在采用大温升型循环回收30～40℃余热时,循环最优能效比(COP)可以达到2.58以上;在采用高温输出型循环回收60～70℃余热时,循环最优COP可以达到2.83;两种新循环在温升、输出温度和效率上比R245fa压缩式循环均有明显提升.     

基于有机朗肯循环的低温太阳能发电系统工质的选择

有机朗肯循环系统利用低沸点的有机物作为工质推动透平做功,在低品位热能的利用方面更有优势.循环工质的选择是影响有机朗肯循环系统性能的关键因素之一.本文针对集热温度120℃,蒸发温度在100℃以下的低温太阳能有机朗肯循环系统进行了工质的研究分析,选择R245fa,R123,R236fa,R113,R245ca,R600,R601 7种工质,以工质的热效率、火用效率及系统不可逆损失为评价指标,利用Matlab和PERPROP软件对候选工质的各热力参数进行了比较.结果表明:低温太阳能有机朗肯循环发电系统的选用R123作为循环工质时具有较高的热效率和火用效率,且系统总不可逆损失较低,适合作为蒸发温度100℃以下的低温有机朗肯循环系统的循环工质.     

几种中高温热泵混合工质的理论研究

在冷凝温度80～120℃的温度区间内,采用CSD状态方程,对4种混合工质BH01-04进行理论循环性能研究,并与R114进行对比。研究表明,BH01-04这4种工质的COP和单位容积制热量均高于R114,压比和压缩机排气排温高于R114,综合性能优于R114。4种工质中,BH01性能最好,只是压缩机排气温度稍高;BH03的性能与R114较为接近。     

有机朗肯循环混合工质的热力学分析

有机朗肯循环是利用低品位余热的关键技术之一,在一定程度上可有效缓解能源危机。相比于传统的纯工质,混合工质因其在换热器中具有温度滑移特性,可以更好地与热源进行耦合。因此选用混合工质可以使机组的效率得到更进一步的提升。通过采用二次迭代的方法,热源温度为120℃时,理论分析了以R245fa为参考的6种混合工质对,其混合比例对系统输出功与效率的影响。结果表明:工质吸热量一定的情况下,系统采取混合工质可以获得比纯工质更高的输出功、热效率。当吸热量为197.29 k W时,以纯R245fa为工质的系统最大输出功与热效率分别为11.98 k W与6.07%。存在最佳混合工质对R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3),相比于纯工质R245fa,输出功与热效率分别提高了22.87%和22.89%。同时发现,无量纲积分温差ΔT~*与系统净输出功、热效率之间存在反比关系。当工质为R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3)时,在最大净输出功工况下,6种混合工质对下的最小值ΔT~*为0.233。     

采用不同工质的中高温热泵理论循环特性

以指定工质侧相变真实平均温度计算方法为基准,考察传统的指定工质侧相变算术平均温度计算方法对循环性能参数以及工质对比评价结果的量化影响,并分析指出传统计算方法的适用条件和范围.采用指定相变真实平均温度的计算方法并结合前期研究中对压缩过程改进的计算方法,在冷凝温度80～140℃的工况范围内指导中高温热泵工质的筛选,筛选出20种臭氧层破坏势(ODP)为0,全球变暖势(GWP)较低的纯质和混合工质,并将筛选出的20种工质与R11和R114进行了对比.结果表明,这20种工质的环境性能和综合循环性能优于R11和R114.     

自复叠制冷系统混合工质气压因子的求解方法

针对RKS方程压缩因子进行求解,用软件编写了相应的计算程序.探究求解压缩因子的数值计算方法,计算出传统工质R22及自然工质CO2的压缩因子,并与查得的压缩因子标准值进行对比,从而验证了程序的正确性.最后计算出三级自动复叠制冷系统中以R14/R23/R22混合制冷工质的压缩因子,从而对自复叠制冷系统压缩因子的求解提供参考.     

地热驱动有机朗肯-单级压缩制冷系统的热力学分析

建立了地热驱动有机朗肯-单级压缩制冷系统的热力学模型,根据热力学第一定律和第二定律,以系统性能系数和火用效率作为系统性能的评价指标,研究分别以R245fa,R123,R114,R141b作为循环工质时,地热流温度(发生温度)、凝汽温度和蒸发温度对系统性能的影响,并筛选出适用于中温地热能驱动的有机朗肯-单机压缩制冷系统最佳工质.计算结果表明,R141b综合性能最佳,根据典型工况下R141b作为循环工质时系统火用损的分布情况,在发生器和冷凝器处进行改进将大大提高系统的火用效率.     

螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统分析

针对100℃以下流体的余热回收,建立了采用低沸点工质的双循环螺杆膨胀机余热回收系统优化模型,根据工质在蒸发器出口的热力状态不同,对不同膨胀过程求解,并分析了影响系统性能的主要因素.结果表明:对于工质蒸发温度的选择,当可以忽略蒸发侧泵耗时,宜采用以机组效率最大为目标进行优化设计,当必须考虑蒸发侧泵耗时,宜采用以系统效率最大为目标进行优化设计;对于螺杆膨胀机膨胀比的选择,当余热温度<100℃时,工质R245fa的最佳膨胀比为4,丁烷的最佳膨胀比为3,当余热温度>100℃时,最佳膨胀比的值增大;对于循环工质的选择,应考虑单位质量做功能力强、蒸发压力低和最佳膨胀比小的有机物等.     

基于有机朗肯循环的内燃机余热回收系统准动态模拟

作为一种有效的提高内燃机整体热功转化效率的技术手段,基于有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的内燃机余热回收技术受到越来越多的关注。通常来讲,组织合理的ORC的最关键的技术在于选择合理的循环工质和合适的膨胀机。对于车用内燃机余热回收,同时需要考虑内燃机的运行工况以及由此带来的烟气流量和温度的变化,以对余热回收系统进行有效的控制,达到最佳的工作效率。采用数值模拟的方法对内燃机排气进行余热回收,在不同软件环境下建立一维详细内燃机子模型和有机朗肯理想循环子模型,并将其进行耦合,达到根据内燃机工况变化进行准动态模拟的要求。通过对水,R123a和R245fa三种不同循环工质的考察发现,利用水作为循环工质具有最高的热效率,然而由于水是湿工质,大多情况下不能产生过热蒸汽,因而不适于作为余热回收的工质。对于两种有机制冷剂,R245fa比R123a具有更高的循环效率。通过对WHSC循环准动态模拟显示,需要对ORC的工质流量根据内燃机工况进行控制。通过目前较简单的控制,循环总效率可提高8.1%。     

车用柴油机变工况下双有机朗肯循环系统的性能分析

为充分利用柴油机的余热能量,针对一台车用六缸柴油机,设计了一套双有机朗肯循环系统,用来回收柴油机的排气能量和冷却系统具有的能量.该双有机朗肯循环系统包括高温循环和低温循环,均采用R245fa作为工质,高温循环用于回收柴油机排气能量,低温循环用于回收柴油机冷却系统能量和高温循环冷凝过程中工质所释放的能量.通过台架试验,在研究柴油机变工况下余热能分布特性的基础上,对双有机朗肯循环系统的余热能回收潜力进行了分析. 分析结果表明:在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率最高可达26.58 kW,系统热效率最高可达14.62%;柴油机-双有机朗肯循环联合系统在燃油经济性和动力性方面具有明显的优势.      

烧结冷却废气余热有机朗肯循环发电系统性能分析

以烧结矿环冷机末端出口流量为7.6×105 m~3/h、平均温度为170℃的冷却废气为研究对象,基于低温余热有机朗肯循环系统,采用R123,R245fa和R600作为循环有机工质,研究工质蒸发温度、过热度和冷凝温度对系统性能的影响。研究结果表明:系统净输出功率和总的不可逆损失随工质蒸发温度、过热度和冷凝温度的增大而逐渐减小;系统热效率随蒸发温度增大而增大,而随冷凝温度增大而减小,工质过热度增大对系统热效率的影响不大;当系统操作工况一定时,工质R600的净输出功率最大,而工质R123的系统热效率最高,且总不可逆损失最小;在实际操作过程中,为了获得较大系统净输出功率,应选择R600作为循环有机工质,设定蒸发器出口工质为饱和蒸汽状态,并采用较低的工质冷凝温度。     

RKS状态方程用于混合致冷剂热力性质的计算

应用 Redlich-Kwong-Soave 状态方程对非共沸混合工质 R22/R114、R13B1/R152a 的热力性质及汽液平衡进行了计算,同时还计算了两种共沸混合工质 R500和 R502。与实验数据的比较表明,汽液平衡、饱和压力和非共沸混合工质的饱和容积都获得了令人满意的结果。此外还为上述四种混合工质确定了交互作用系数。     

发动机双回路朗肯循环的性能分析和参数优化

为提高发动机余热回收中双回路有机朗肯循环(DORC)的余热回收效率,通过热力学第一定律,建立包括蒸发器、涡轮、冷凝器和泵的有机朗肯循环模型。基于该模型,研究高温回路工质(R123、R245fa、R141b和水)、蒸发压力(1~7 MPa)和涡轮入口温度(480~680 K)对发动机余热回收系统性能的影响规律,以系统净输出功、热效率和效率为评判标准,找到最佳工质和热力参数。结果显示,高温回路蒸发压力的增加,对所有工质都有明显优化作用,而当工质被加热成过热气体后再进入涡轮做功,对湿工质水而言,过热度增大,系统性能提高,对干工质R245fa和等熵工质R123、R141b,过热度增大却没有明显优化甚至有恶化作用。水工质DORC表现最好,相应的净输出功、热效率和效率分别为95.44 k W、13.84%和63.20%。考虑系统的换热面积,R123是四种工质中最理想的工质,对应的单位换热面积的净功量为6.39 k W/m~2。     

混合工质泄漏对有机朗肯循环发电系统性能的影响

基于有机朗肯循环系统中各部件、管道等密封导致的实际系统运行过程中不可避免地存在着循环工质的泄漏问题,结合余亥姆霍兹自由能状态方程、混合法则和等温泄漏模型,研究了非共沸混合工质R245fa/R601a（初始质量配比为0.6/0.4）在ORC发电系统蒸发器中泄漏率为0~50%时对混合工质配比以及循环性能的影响.结果表明:非共沸混合工质泄漏会造成混合工质配比及工质热物性的变化,系统循环性能也会改变,且蒸发出口段发生液相泄漏时对循环性能影响最大.随着泄漏率的增大,比净输出功减少率可达12.23%.      

PR状态方程用于混合致冷剂热力性质的计算

包含一个可调参数的Peng-Robinson状态方程可准确计算混合致冷剂的饱和压力及气液平衡,但对液相容积的计算误差稍大。本文针对非共沸混合工质R22/R114和R13B1/R152a进行了计算,同时也计算了两种共沸工质R500和R502,并与实验数据作了比较,获得了较满意的结果。     

变冷凝工况地热有机朗肯循环发电系统

针对有机朗肯循环发电系统中冷凝介质温度随环境温度变化而变化,地热源载热流体参数恒定的问题,采用EES软件计算分析了饱和有机朗肯循环发电系统在使用工质R245fa和R601a时输出净功随冷凝介质温度变化的规律,同时分析了膨胀机最佳入口温度、膨胀比和工质流量3个主要参数的变化。结果表明：当地热流体温度为130 ℃,冷凝介质温度从30 ℃降到0 ℃时,有机工质在膨胀机入口的最佳温度升高且波动幅度达15 ℃,同时系统净输出功增长达120%;工质质量流量增加超过30%,膨胀比增大约2倍。     

RKS方程计算制冷工质的热力学性质的应用

对RKS方程在计算制冷工质的热物理性质方面的应用进行了研究,并用余函数法计算了焓和熵的值,用VB语言编写了计算程序,分别计算了R22和R134a的热力学数据。将所得的结果与某制冷剂物性计算软件的计算结果进行了比较,误差在允许范围内。     

船用喷射制冷-转轮除湿空调系统工质选择

为了给船用喷射制冷-转轮除湿空调选择合适的制冷剂,在考虑系统构架和工作条件对系统性能影响的基础上,分析了5种环保制冷工质(R134a,R245fa,R718,R717,R1234yf)的基本物性、引射系数、COP(coefficient of performance)和充注量,并进行了对比。结果认为没有任何一种制冷剂可以在各种场合都具备最佳的性能。但在船用喷射制冷-转轮除湿空调系统具备较高发生温度(≥150℃)和较低冷凝温度(≤40℃)时,R718具有较好的应用潜力;而当发生温度较低(90℃)时,R1234yf是一种较为理想的选择。     

基于传热窄点的非共沸混合工质优选方法

为了解决多种非共沸工质的优选问题,提出了一种基于传热窄点的分析方法．应用CSD状态方程得到不 同非共沸工质相变时焓差随相变温度的变化规律,并在适当假设的基础上,再得到换热流体的温度分布,从而得到 不同非共沸工质的相变传热窄点位置和大小,结合统计学方法,尝试给出了一种非共沸混合工质的优选方法．针对 两种非共沸工质(R401A和R409A)应用了两种不同的比较方法,比较结果均为R401A优于R409A,但新方法更加 简便．     

低温自动复叠装置的研究

采用R22和R23两种工质按一定比例混合,然后将混合工质冲注到自制的自动复叠实验装置中,通过汽液分离器将两种工质自然分离,分离后R22液体节流冷凝R23气体,冷凝后的低温工质R23节流后可以实现-70℃的低温环境,该装置构造简单,在低温电子、医药等方面拥有广阔的应用前景.