本文關鍵詞：基于混合工質的低品位熱能發(fā)電系統(tǒng)性能實驗研究

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【摘要】：有機工質朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle,ORC)發(fā)電系統(tǒng)結構簡單、效率較高、環(huán)境友好,成為利用低品位熱能的最佳選擇之一。目前相關研究主要針對純工質,對二元非共沸混合工質的研究非常少。為探究混合工質應用于低品位熱能發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)性能,本文針對混合工質發(fā)電系統(tǒng)進行了計算分析與實驗研究:(1)首先對混合工質組元進行篩選與組合,計算多種熱源條件下基本循環(huán)與回熱循環(huán)的系統(tǒng)性能,并對混合工質與純工質的循環(huán)性能進行比較,發(fā)現對較大溫度滑移的冷凝過程放熱量進行充分回收后,混合工質的循環(huán)性能優(yōu)于組元純工質;(2)搭建混合工質發(fā)電實驗系統(tǒng),采用質量比為1.0:0.0(R601a)、0.8:0.2(M1)、0.6:0.4(M2)和0.4:0.6(M3)的混合工質R601a/R600a進行發(fā)電實驗,并說明混合工質的制備方法與實驗操作流程;(3)實驗得出熱源溫度變化直接影響發(fā)電系統(tǒng)性能;系統(tǒng)性能參數隨熱源溫度下降而下降,并存在轉變點,轉變點前后性能參數的變化率不同,混合工質轉變點溫度低于純工質,對熱源溫度變化的適應性更強;熱源溫度較低時混合工質循環(huán)性能優(yōu)于純工質;同時不同熱源溫度下均存在最佳工質流量使得發(fā)電功率最大,工作蒸汽過熱度可以表明熱源溫度與工質流量的匹配程度;(4)冷凝溫度較低時循環(huán)性能較好;溫度滑移較大時混合工質循環(huán)性能較差;因冷凝相變過程平穩(wěn),混合工質發(fā)電系統(tǒng)運行過程比純工質穩(wěn)定,基本循環(huán)下混合工質循環(huán)性能稍弱于純工質;(5)實驗還得出了發(fā)電系統(tǒng)最佳負載特性規(guī)律。不同熱源溫度與不同工質流量下均存在最佳負載電阻值使得發(fā)電系統(tǒng)性能最優(yōu),同時使得渦旋膨脹機工作在最佳狀態(tài),較高熱源溫度對應較大最佳負載;(6)實驗驗證了混合工質R601a/R600a應用于低品位熱能發(fā)電系統(tǒng)的可行性。三組混合工質中M1循環(huán)性能最優(yōu),熱源溫度≤140℃時實驗系統(tǒng)最大凈發(fā)電功率與比發(fā)電功率分別為0.753kW與23.12kJ/kg,最高熱效率與發(fā)電效率分別為4.58%和3.51%。
【關鍵詞】：低品位熱能 混合工質 發(fā)電系統(tǒng) 實驗研究 性能分析
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM61
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 有機工質發(fā)電技術研究現狀10-12
• 1.2.1 有機工質研究與熱力循環(huán)優(yōu)化11
• 1.2.2 膨脹機研究現狀11-12
• 1.2.3 有機工質發(fā)電技術應用12
• 1.3 有機混合工質發(fā)電技術研究方向12-16
• 1.3.1 純工質與混合工質發(fā)電系統(tǒng)性能比較13
• 1.3.2 混合工質組元比例對系統(tǒng)性能影響13-14
• 1.3.3 混合工質非等溫相變換熱特性14-16
• 1.4 本文研究內容與目標16-17
• 第二章 有機混合工質發(fā)電循環(huán)性能計算17-39
• 2.1 有機混合工質發(fā)電循環(huán)工作原理與熱力模型17-20
• 2.1.1 發(fā)電循環(huán)組成與工作原理17-18
• 2.1.2 發(fā)電循環(huán)熱力模型18-20
• 2.2 混合工質組元篩選與組合20-27
• 2.2.1 組元篩選原則與結果20-21
• 2.2.2 混合工質組合與分析21-27
• 2.3 有機混合工質發(fā)電循環(huán)性能計算27-37
• 2.3.1 計算初始參數與計算方法27
• 2.3.2 發(fā)電循環(huán)性能計算結果分析27-30
• 2.3.3 熱源溫度恒定時計算結果分析30-33
• 2.3.4 熱源溫降穩(wěn)定時計算結果分析33-37
• 2.4 本章小結37-39
• 第三章 混合工質發(fā)電系統(tǒng)實驗裝置39-51
• 3.1 發(fā)電系統(tǒng)實驗裝置及主要部件39-47
• 3.1.1 發(fā)電系統(tǒng)實驗裝置總體介紹39-40
• 3.1.2 實驗裝置主要部件40-45
• 3.1.3 實驗系統(tǒng)測試設備45-47
• 3.2 實驗混合工質選擇與制備47-49
• 3.2.1 實驗混合工質選擇47-48
• 3.2.2 實驗混合工質制備48-49
• 3.3 發(fā)電實驗操作流程49-50
• 3.4 本章小結50-51
• 第四章 冷熱源溫度對發(fā)電系統(tǒng)影響實驗分析51-73
• 4.1 實驗系統(tǒng)性能評價與數據處理方法51
• 4.2 熱源溫度對發(fā)電系統(tǒng)影響實驗分析51-62
• 4.2.1 熱源溫度變化發(fā)電實驗51-52
• 4.2.2 熱源溫度對系統(tǒng)性能影響52-59
• 4.2.3 熱源溫度與工質流量匹配關系59-62
• 4.3 冷凝溫度對發(fā)電系統(tǒng)影響實驗分析62-71
• 4.3.1 多冷凝工況發(fā)電實驗62-63
• 4.3.2 冷凝溫度對工質蒸發(fā)過程影響63-66
• 4.3.3 冷凝溫度對發(fā)電系統(tǒng)性能影響66-71
• 4.4 本章小結71-73
• 第五章 發(fā)電系統(tǒng)最佳負載特性實驗分析73-85
• 5.1 發(fā)電系統(tǒng)變負載發(fā)電實驗73
• 5.2 永磁發(fā)電機負載變化運行特性73-76
• 5.3 負載電阻變化對渦旋膨脹機運行影響76-79
• 5.3.1 渦旋膨脹機膨脹比與轉速的關系76-78
• 5.3.2 渦旋膨脹機焓降與理想輸出功78-79
• 5.4 發(fā)電系統(tǒng)最佳負載特性分析79-84
• 5.4.1 最佳負載電阻特性79-81
• 5.4.2 熱源溫度對最佳負載電阻值的影響81-84
• 5.5 本章小結84-85
• 第六章 總結與展望85-87
• 6.1 總結85
• 6.2 展望85-87
• 參考文獻87-92
• 致謝92-93
• 攻讀碩士學位期間的學術成果93-95

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