發(fā)布時(shí)間：2017-05-01 16:14

  本文關(guān)鍵詞：低品位熱能驅(qū)動(dòng)的小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文提出了一套利用低品位熱能驅(qū)動(dòng)的冷電聯(lián)供系統(tǒng),是由有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)與氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷系統(tǒng)組成,熱流體首先驅(qū)動(dòng)ORC發(fā)電系統(tǒng),然后驅(qū)動(dòng)兩級(jí)吸附式制冷機(jī)。該冷電聯(lián)供系統(tǒng)主要針對(duì)的對(duì)象是地?zé)嵋约肮S廢熱的利用,這兩種情況下熱流體往往是需要回流到地下或者直接排放到環(huán)境中,因而較高的排放溫度將影響到熱量的利用效率。該冷電聯(lián)供系統(tǒng)能有效地降低熱流體的排放溫度,從而實(shí)現(xiàn)熱量的梯級(jí)利用,提高了熱量的利用效率。該冷電聯(lián)供系統(tǒng)是以輸出冷量為主,輸出電量為輔,輸出電量主要用于補(bǔ)給系統(tǒng)自身的耗電,目的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)耗電的自給自足。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)首先構(gòu)建了低品位熱能驅(qū)動(dòng)的冷電聯(lián)供系統(tǒng),由傳統(tǒng)小型有機(jī)朗肯循環(huán)與氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附式制冷系統(tǒng)組成。對(duì)于發(fā)電部分建立了傳統(tǒng)小型ORC系統(tǒng)的熱力學(xué)和傳熱模型,并搭建了壓縮空氣推動(dòng)的渦旋式膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)做功的測(cè)試臺(tái)。測(cè)試結(jié)果表明,膨脹機(jī)進(jìn)口壓力從0.5 MPa增加到1.0 MPa,膨脹機(jī)等熵效率在0.62-0.7之間波動(dòng),發(fā)電量從70 W增加到300 W。依據(jù)實(shí)驗(yàn)所得到的等熵效率建立了ORC系統(tǒng)模型,利用MATLAB編程,模擬了在采用制冷劑工質(zhì)R245fa條件下的性能。模擬結(jié)果表明,熱源溫度為105℃時(shí),蒸發(fā)壓力從0.5MPa增加到1MPa時(shí),系統(tǒng)的能量效率和火用效率都隨著蒸發(fā)壓力的增加而增加,變化范圍分別是4.36%-6.57%、19.2%-28.8%;回?zé)崞髂軌蜉p微地提高系統(tǒng)的能量效率及火用效率。對(duì)于制冷部分,選擇氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷系統(tǒng)與ORC系統(tǒng)相匹配。依據(jù)先前實(shí)驗(yàn)測(cè)試氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷工質(zhì)對(duì)的吸附性能數(shù)據(jù)及建立的兩級(jí)吸附制冷機(jī)組的數(shù)學(xué)模型,模擬了不同熱源溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響。當(dāng)熱源溫度從70℃增加到90℃,蒸發(fā)溫度為5℃時(shí),系統(tǒng)的COP基本維持在26%左右,系統(tǒng)火用效率從20.1%降低到了14.2%�；趯�(duì)發(fā)電部分和制冷部分的分析,冷電聯(lián)供系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)冷電聯(lián)供的同時(shí),可以有效地降低熱流體的排放溫度,提高整個(gè)系統(tǒng)的熱量火用效率。(2)搭建了一臺(tái)小型有機(jī)朗肯循環(huán)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了熱源溫度在105℃時(shí)系統(tǒng)的性能,同時(shí)基于課題組先前搭建的氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷系統(tǒng),測(cè)試了蒸發(fā)溫度為-10℃,熱源溫度從75℃增加到90℃時(shí)系統(tǒng)的制冷量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:膨脹機(jī)進(jìn)口壓力為0.61mpa時(shí),系統(tǒng)的最大能量效率和最大火用效率分別是3.2%和16.9%,此時(shí)膨脹機(jī)的等熵效率為0.553,系統(tǒng)的最大輸出功為151w;實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)回?zé)崞魈幱诠ぷ髂Ｊ?膨脹機(jī)排氣在回?zé)崞髦邪l(fā)生了部分冷凝,膨脹機(jī)出口壓力在短時(shí)間內(nèi)急劇增加,導(dǎo)致了性能的惡化,回?zé)崞鞑粌H不能夠提高系統(tǒng)的能量利用效率,反而惡化了系統(tǒng)的性能。對(duì)氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附冷凍機(jī)組的測(cè)試結(jié)果顯示:熱源溫度為90℃,蒸發(fā)溫度為-10℃時(shí),系統(tǒng)的制冷量和cop分別是1.29kw與17.6%�；趯�(duì)orc的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)orc系統(tǒng)中的工質(zhì)泵的效率比較低,系統(tǒng)工質(zhì)泵的耗電極大地抵消了系統(tǒng)自身的發(fā)電量,導(dǎo)致了orc系統(tǒng)凈輸出電量比較小。本文研發(fā)小型orc系統(tǒng)的目的是為了補(bǔ)給冷電聯(lián)供系統(tǒng)自身的耗電,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示小型orc系統(tǒng)補(bǔ)給電量的較小。因此使用傳統(tǒng)小型orc系統(tǒng)作為低品位驅(qū)動(dòng)冷電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電部分是不理想的,于是提高orc系統(tǒng)的凈發(fā)電量,對(duì)于該冷電聯(lián)供循環(huán)是十分關(guān)鍵。(3)針對(duì)傳統(tǒng)小型orc系統(tǒng)中工質(zhì)泵帶來的問題,提出了一套無泵orc系統(tǒng),相比與傳統(tǒng)orc系統(tǒng),減少了高壓工質(zhì)泵這一部件,系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單,成本更低,結(jié)構(gòu)更加緊湊。同時(shí)本文建立了無泵orc系統(tǒng)的熱力學(xué)模型,詳細(xì)闡述了無泵orc系統(tǒng)的工作過程,并進(jìn)行了熱力學(xué)模擬仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究;新型無泵orc系統(tǒng)是一種間歇的工作過程,分為預(yù)熱階段及膨脹機(jī)輸出功階段,系統(tǒng)只在第二個(gè)階段輸出功;理論計(jì)算得,當(dāng)熱源溫度是95℃,系統(tǒng)平均輸出功及能量效率分別是375w、5.87%;實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,熱源溫度為95℃時(shí),系統(tǒng)最大輸出的軸功為361.0w,平均輸出功為155.8w。盡管無泵orc系統(tǒng)中三個(gè)切換閥門也會(huì)消耗電量,降低系統(tǒng)凈輸出的電量,但是閥門耗電只發(fā)生在切換的時(shí)候,切換時(shí)間非常短,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)較大的凈輸出功,因此無泵orc系統(tǒng)可以補(bǔ)給冷電聯(lián)供系統(tǒng)的耗電。(4)基于小型無泵ORC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及可行性,重新建立了一套新型的利用低品位熱能驅(qū)動(dòng)的冷電聯(lián)供系統(tǒng),由無泵ORC系統(tǒng)和氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷機(jī)組成,熱流體首先驅(qū)動(dòng)無泵ORC發(fā)電系統(tǒng),然后驅(qū)動(dòng)兩級(jí)吸附式制冷機(jī);新型冷電聯(lián)供系統(tǒng)是以輸出冷量為主,輸出電量主要用于補(bǔ)給冷電聯(lián)供系統(tǒng)自身的耗電;熱源溫度從80℃增加到95℃,新型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的熱量火用效率是兩級(jí)吸附制冷機(jī)組的2倍,是無泵ORC系統(tǒng)的4倍。(5)對(duì)新型冷電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,將無泵ORC發(fā)電系統(tǒng)與氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷系統(tǒng)集成在一起,實(shí)現(xiàn)整個(gè)冷電聯(lián)供系統(tǒng)的小型化;系統(tǒng)運(yùn)行由PLC控制系統(tǒng)完成,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化;使用時(shí)只需給系統(tǒng)通入熱水和冷卻水,系統(tǒng)便不斷的輸出冷量,電量主要用于補(bǔ)給系統(tǒng)自身的耗電。
【關(guān)鍵詞】：冷電聯(lián)供 有機(jī)朗肯循環(huán) 無泵有機(jī)朗肯循環(huán) 渦旋式膨脹機(jī) 兩級(jí)吸附式制冷
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB657;TM61
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 符號(hào)說明12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 課題背景及意義13-14
• 1.1.1 背景與意義13
• 1.1.2 應(yīng)用效果初步分析13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)14-16
• 1.2.2 吸附制冷技術(shù)16-17
• 1.2.3 冷電聯(lián)供系統(tǒng)性能研究17-18
• 1.3 本文主要工作18-19
• 第二章 小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的構(gòu)建與性能分析19-35
• 2.1 小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的構(gòu)建19-20
• 2.2 小型有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的模擬20-30
• 2.2.1 渦旋式膨脹機(jī)的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)21-25
• 2.2.2 渦旋膨脹機(jī)的數(shù)學(xué)模型25-26
• 2.2.3 蒸發(fā)器、冷凝器及回?zé)崞髂Ｐ?/span>26-27
• 2.2.4 循環(huán)工質(zhì)泵模型27
• 2.2.5 總的模型27-28
• 2.2.6 小型ORC系統(tǒng)的模擬仿真結(jié)果28-30
• 2.3 氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷系統(tǒng)的模擬30-33
• 2.4 小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的理論性能分析33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 小型有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附制冷系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試35-45
• 3.1 小型有機(jī)朗肯循環(huán)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果35-40
• 3.1.1 小型有機(jī)朗肯循環(huán)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)35-36
• 3.1.2 小型有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果36-40
• 3.2 氯化鈣/氯化鋇-氨兩級(jí)吸附式制冷機(jī)組實(shí)驗(yàn)性能40-42
• 3.3 小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的可行性42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 新型利用低品位熱能驅(qū)動(dòng)的小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)45-55
• 4.1 小型無泵有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)45-50
• 4.1.1 小型無泵有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型46-47
• 4.1.2 小型無泵有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的模擬仿真結(jié)果47-48
• 4.1.3 小型無泵有機(jī)朗肯循環(huán)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)48-50
• 4.2 新型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的構(gòu)建50-51
• 4.3 小型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的性能研究51-53
• 4.4 新型冷電聯(lián)供系統(tǒng)的性能優(yōu)化53
• 4.5 本章小結(jié)53-55
• 第五章 總結(jié)與展望55-57
• 5.1 主要結(jié)論55-56
• 5.2 研究展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 附錄63-69
• 致謝69-71
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及獲得的獎(jiǎng)勵(lì)71-73

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