【摘要】：有機朗肯循環(huán)(ORC)是低品位熱能轉(zhuǎn)換利用的關(guān)鍵技術(shù),而膨脹機是ORC系統(tǒng)的核心部件。為了研究渦旋膨脹機的容積效率和等熵效率的影響因素,并進一步探究膨脹機的性能對ORC系統(tǒng)性能的影響,本文針對渦旋膨脹機展開了理論及應用研究。主要研究工作：對渦旋膨脹機進行理論研究,分析造成膨脹機做功損失的內(nèi)、外不可逆因素。分析容積效率、等熵效率的影響因素與計算方法。以額定進氣量28.6m3/h,內(nèi)置容積比2.85的渦旋膨脹機為基礎,采用VB程序建立渦旋膨脹機及ORC系統(tǒng)主要設備模型,利用實驗結(jié)果對膨脹機模型進行驗證及誤差分析。模擬不同冷凝溫度下,分別使用干工質(zhì)R245fa和R124的兩種ORC系統(tǒng)性能隨膨脹機膨脹比的變化情況。設計搭建發(fā)電量6kW的ORC發(fā)電測試臺。主要研究結(jié)果與創(chuàng)新：(1)以某型號渦旋膨脹機參數(shù)為基礎,對建立的膨脹機半經(jīng)驗模型進行了實驗驗證,經(jīng)誤差分析得到：工質(zhì)出口溫度的絕對誤差低于3K,相對誤差小于1%；質(zhì)量流量的絕對誤差小于0.004kg/s,最大相對誤差為小于1%；電功率的絕對誤差低于81W,相對誤差小于5%。對本文搭建的ORC發(fā)電測試臺進行誤差分析,結(jié)果顯示測試臺電效率最大不確定度小于5%。各項指標滿足精度要求。(2)針對本文研究的特定渦旋膨脹機,擬合出了渦旋膨脹機容積效率和等熵效率的多項式表達式。容積效率與等熵效率可由轉(zhuǎn)速、膨脹比和工質(zhì)進氣壓力決定的三元二次多項式計算得出。(3)ORC系統(tǒng)的模擬結(jié)果顯示,在一定的冷熱源溫度下,系統(tǒng)的性能隨膨脹機膨脹比有規(guī)律地變化。對于采用R245fa的ORC系統(tǒng),冷凝溫度45℃,膨脹比為8時,系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功達到最大值2.13kW/(kg/s)；冷凝溫度45℃,膨脹比為4.3時,系統(tǒng)的循環(huán)效率達到最大值6.89%；冷凝溫度25℃,膨脹比為3.1時,系統(tǒng)的(?)效率達到最大值45.9%。對于采用R124的ORC系統(tǒng),冷凝溫度35℃,膨脹比為5.6時,系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功達到最大值2.55kW/(kg/s)；冷凝溫度25℃,膨脹比為4.1時,系統(tǒng)的循環(huán)效率達到最大值7.36%；冷凝溫度25℃,膨脹比為2.6時,系統(tǒng)的(?)效率達到最大值47.35%。在不同冷凝溫度下,兩種不同干工質(zhì)系統(tǒng)的單位質(zhì)量熱源流體凈輸出功隨著膨脹比的增大而增大,兩工質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)效率和(?)效率均隨著膨脹比的增加而先增大后減小。(4)模擬結(jié)果表明,過熱度對R245fa系統(tǒng)效率的影響很小,但對R124系統(tǒng)的影響較大。在相同的冷熱源溫度下,過熱度越大,循環(huán)效率和(?)效率越高,且隨著膨脹比的增加,過熱度對R124系統(tǒng)性能的改善作用增大。本文的研究結(jié)果對進一步開展ORC熱機系統(tǒng)的理論研究和應用研究有指導意義。
【圖文】：

圖２－１鍋旋膨脹機腔體圖逡逑（ａ）進氣腔；（ｂ）第一膨脹腔；（Ｃ）第二膨脹腔：（ｄ）第Ｈ膨脹腔；（ｅ）排氣胺逡逑如圖２－１所示，兩個相同禍旋參數(shù)的禍旋體重疊放置，將其中的一個禍旋體（動禍逡逑旋盤，如圈中藍色部分所示）旋轉(zhuǎn)１８０°，巧平移一個間轉(zhuǎn)半徑的距離，即可與靜n&旋盤逡逑（如圖中黑色部分所示）相切緊密接觸。此時可形成多個月牙形空間。禍旋膨脹機的逡逑運行過程可劃分為Ｈ個連續(xù)的階段，即進氣階段，膨脹階段和排氣階段，？；個階段分別逡逑發(fā)生在進氣腔（見圖２－ｌａ）、膨脹腔（見圖２－化、固２－ｌｃ和圖２－ｌｄ）和排氣腔（見圖逡逑２－ｌｅ）。在本義提出的內(nèi)、外不可逆巧素中，內(nèi)不可逆Ｗ素巧；個Ｘ作階段均有涉及，而逡逑外不可逆因素主要包含在排氣階段，，即圖２－ｌｅ所對應的排氣腔中。逡逑８逡逑

軸向間隙的不均勻性導致軸向間隙的分析十分困難。本文假定軸向間隙在禍旋盤逡逑中均勻分布且固定不變，Ｗ對其進行研究。逡逑膨脹機軸向間隙幾何模型及受力分析如圖２－２所示。逡逑靜禍旋盤一ｊ逡逑＾邐一徑向泄漏方向逡逑低壓腔Ｉ邐Ｉ高壓腔逡逑軸向間隙ＣｍＪ—若逡逑動滿旋盤逡逑圖２－２軸向間隙泄漏模型逡逑圖中，為軸向間隙值，ｍ。如前文所述，流經(jīng)軸向間隙的流體為油氣混合物，其逡逑粘性是不可忽略的因素。故軸向間隙的徑向泄漏為粘性流體在壓差作用下的流動。對微逡逑元體進行受力分析Ｐ５１，如圖２－３所示：逡逑＼＾＾／ｊ＼＾ｐ－Ｋｄｐ／ｄｒ）ｄｒ逡逑圖２－３徑向泄漏流體受力分析逡逑１０逡逑
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK115

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 中央黨校"能源安全問題研究"課題組;曹新;;新形勢下中國能源安全問題研究[J];經(jīng)濟研究參考;2010年51期

2 顧偉;翁一武;曹廣益;翁史烈;;低溫熱能發(fā)電的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];熱能動力工程;2007年02期

3 王江峰;戴義平;陳江;;中低溫余熱發(fā)電技術(shù)及其在水泥生產(chǎn)中的應用[J];節(jié)能;2007年02期

4 張紅;;低沸點工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)[J];水泥;2006年08期

5 高林,金紅光,鄭丹星,劉澤龍,林汝謀,蔡睿賢;混合工質(zhì)中低溫熱力循環(huán)特性研究[J];工程熱物理學報;2001年06期

6 程文龍,伊藤猛宏,陳則韶;一種回收液化天然氣冷能的低溫動力循環(huán)系統(tǒng)[J];中國科學技術(shù)大學學報;1999年06期

7 王恒，黃文春;雙工質(zhì)循環(huán)機組在地熱電廠的運用[J];四川電力技術(shù);1995年04期

8 呂燦仁,嚴晉躍,馬一太;Kalina循環(huán)的研究和開發(fā)及其提高效率的分析[J];熱能動力工程;1991年01期

9 路嶺,嚴晉躍,馬一太,呂燦仁;Kalina循環(huán)放熱過程的熱力學分析[J];工程熱物理學報;1989年03期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 張圣君;低溫地熱發(fā)電循環(huán)理論優(yōu)化與有機工質(zhì)朗肯循環(huán)性能實驗研究[D];天津大學;2012年

2 崔俊奎;分布式地熱系統(tǒng)雙循環(huán)發(fā)電效率分析與梯級供熱試驗研究[D];天津大學;2009年

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 嚴雨林;有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)渦旋膨脹機工作過程分析與實驗研究[D];天津大學;2012年

2 孟嘉;工業(yè)煙氣余熱回收利用方案優(yōu)化研究[D];華中科技大學;2008年

本文編號：2530903