新型压缩机排热涡流管-ORC系统热力性能分析与优化

作     者：王向前 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨新乐

授予年度：2022年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：排气回收 有机朗肯循环 涡流管 热流比 热端管长 工质筛选 

摘      要：为了高效回收压缩机排气,利用涡流管的特性,与有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)耦合,提出一种新型涡流管-有机朗肯循环系统(Vortex Tube-Organic Rankine Cycle)。以323.15～343.15K、0.35～0.65MPa的压缩机排气为热源,通过ANSYS建立涡流管模型,并进行模拟,得出模拟结果,后通过MATLAB编写计算程序,带入ANSYS模拟结果,对VT-ORC系统进行模拟,对模拟结果进行分析;并依据遗传算法建立以设备总投资与净输出功的比值、单位时间CO减排量为目标的优化程序,寻找最优工况。结果表明:随着压缩机排气温度和压力的升高,涡流管能量分离效应增加;而随着热端阀门开度的变化,得出在冷流比为0.3和0.7时分别获得最佳制冷效应和最佳制热效应;通过建立不同热端管长的ANSYS模型,并进行分析,得出在热端管较短时,能量分离并不完全,在热端管过长时,管内涡旋强度降低,导致冷热流温度传递大于分离效应,从而使能量分离效应降低。对选用工质进行模拟,得到不同蒸发压力下工质R236fa最高系统热效率16.66%;而在许用蒸发压力范围内,采用工质R1234yf能得到最高净输出功;随着压缩机排气压力和温度的提升,系统净输出功和(火用)损失增加;通过改变涡流管阀门开度,调节涡流管出口冷、热流比,分析得到热流比较小时,系统净输出功较大,热流比为0.346时,工质R1234yf系统净输出功达到最大值,系统(火用)损失随热流比的增加而减少。通过对涡流管冷流比及ORC系统蒸发压力对系统热力性能产生的影响进行分析得出,在冷流比在0.346～0.446之间、蒸发压力适中时,系统净输出功可取得最大值。综合多目标优化结果,系统设备总投资与系统净输出功的比值在470～600RMB/k W之间变化,而单位时间CO减排量在80～102×10-3kg·s-1之间变化。该论文有图41幅,表9个,参考文献55篇。