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叠合式有机朗肯循环的热力学分析

太阳能学报 2024年第9期45卷 421-427页

作者：李新国徐期峰苗小旦天津大学机械工程学院天津300354 湖北航天技术研究院总体设计所武汉430040

针对有机朗肯循环(ORC)中传热过程对循环性能的影响,该文提出一种既相似但又区别于混合工质,各工质独立运行的叠合式有机朗肯循环(AORC)。AORC中,各工质进行串/并联的叠合换热,可形成类似于非共沸混合工质的温度滑移。由于各工质独立运... 详细信息

针对有机朗肯循环(ORC)中传热过程对循环性能的影响,该文提出一种既相似但又区别于混合工质,各工质独立运行的叠合式有机朗肯循环(AORC)。AORC中,各工质进行串/并联的叠合换热,可形成类似于非共沸混合工质的温度滑移。由于各工质独立运行,使得叠合工质的温度滑移量可进行调节,以减小与外界热/冷源的传热温差,提高传热匹配性以及循环性能。以两种工质叠合的AORC为例进行循环性能分析,并与常规ORC进行对比。结果表明,AORC并不是各工质基本ORC的简单线性叠加,而是一种优化叠加。相比常规ORC,AORC的净输出功率最大可提升34.48%。但当热源温度高于高温工质的热源转折温度时,AORC趋近于高温工质的基本ORC。

关键词：有机朗肯循环非共沸混合工质传热匹配叠合循环工质热源转折温度

调节传热窄点以提升有机朗肯循环性能及其循环重构研究

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调节传热窄点以提升有机朗肯循环性能及其循环重构研究

作者：吴晓松天津大学

学位级别：硕士

有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)已成为中低温热能回收利用的有效手段和研究热点。ORC的输出功根据中低温热源温度与工质的临界温度之间的关系,存在优化工况或单调增加的两种情况,且单调递增的循环性能优于优化工况。引起这种... 详细信息

有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)已成为中低温热能回收利用的有效手段和研究热点。ORC的输出功根据中低温热源温度与工质的临界温度之间的关系,存在优化工况或单调增加的两种情况,且单调递增的循环性能优于优化工况。引起这种差异的主要原因是吸热过程传热窄点位置不同导致吸热量随蒸发温度的不同。对于中低温热源,采用高临界温度工质(如R245fa)的ORC一般具有优化工况,且传热过程不匹配。要达到循环性能更好的单调递增的情况,实现更好的传热匹配效果,则需要更高的热源条件,这为循环性能的提升带来局限性。在此基础上,本文提出了可调节传热窄点和可调节传热窄点的有机朗肯循环(APPORC),并从理论推导了APPORC与ORC的关系及其循环性能的上下限关系。在APPORC的基础上,提出了实现传热窄点调节和提高ORC循环性能的新方法和四种新构型,包括喷射式有机朗肯循环(EORC)、闪蒸式有机朗肯循环(ORFC)及其改性循环:带回热闪蒸式有机朗肯循环(RORFC)与喷射-闪蒸式有机朗肯循环(EORFC)。新构型ORC均通过改变辅循环回路和主循环回路的质量流量比例,实现传热窄点的调节,达到增加循环吸热量和提高循环性能的目的。此外,新构型ORC还增强了传热温度匹配,或降低传热的不可逆性。基于Matlab进行模拟计算,并从热力学第一定律和第二定律两方面进行比较分析。研究结果表明:在相同工况条件下,APPORC的输出功与热效率满足:W>W≥W,η≥η>η。忽略热源的影响,APPORC的热效率随着辅循环回路的质量流量增加而单调递减;而净输出功呈单调增加;从模拟结果来看,与ORC相比,EORC、RORFC和EORFC的优化工况均得到了延伸,循环性能得到了较大程度的提高。各循环最大净输出功满足:W匹配,降低了传热过程的不可逆性。

关键词：有机朗肯循环有机朗肯循环新构型传热窄点调节优化工况延伸传热匹配

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调节传热窄点以提升有机朗肯循环性能的分析

化工进展 2021年第5期40卷 2517-2525页

作者：李新国弭慧惠吴晓松高冠怡天津大学机械工程学院天津300350 中冶赛迪集团有限公司重庆401122

依据热源温度与工质临界温度之间的关系,有机朗肯循环(ORC)的循环性能呈现有极值的优化工况或单调递增两种现象,并且后者优于前者。引起这种差异的主要原因是加热过程中传热窄点位置的不同,导致循环的加热量不同。由此,本文提出调节ORC... 详细信息

依据热源温度与工质临界温度之间的关系,有机朗肯循环(ORC)的循环性能呈现有极值的优化工况或单调递增两种现象,并且后者优于前者。引起这种差异的主要原因是加热过程中传热窄点位置的不同,导致循环的加热量不同。由此,本文提出调节ORC中加热过程的传热窄点位置,以提高循环的加热量和净输出功。并构建一种喷射式有机朗肯循环(EORC),研究证明如何实现加热过程的传热窄点位置调节以提高循环性能。此调节还增强了传热的匹配性,或降低了传热的不可逆性。结果表明:热源水温度100~160℃范围内,采用R245fa,EORC的最大净输出功比ORC提高了34.99%~22.57%。EORC中,热源水温度120℃下,混合工质R134a/R245fa(0.7∶0.3)的最大净输出功比纯工质R245fa和R134a分别提高了7.12%和9.45%。

关键词：有机朗肯循环喷射式有机朗肯循环喷射器传热窄点传热匹配

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双级有机朗肯循环的重构及其热力性能研究

双级有机朗肯循环的重构及其热力性能研究

作者：弭慧惠天津大学

学位级别：硕士

有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)是中低温热能回收利用的有效途径之一。对于纯工质ORC,由于工质与热源之间存在传热不匹配问题,造成循环性能低下。对于非共沸混合工质,由于工质在蒸发与冷凝过程中存在温度滑移,增强了工质与热... 详细信息

有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)是中低温热能回收利用的有效途径之一。对于纯工质ORC,由于工质与热源之间存在传热不匹配问题,造成循环性能低下。对于非共沸混合工质,由于工质在蒸发与冷凝过程中存在温度滑移,增强了工质与热源/冷源之间的传热匹配性,有利于循环性能的提高。为充分利用热源和增强循环中的传热匹配,本文对ORC进行循环重构,分别建立采用分离器的双级ORC、采用分离器和喷射泵的ORC、采用分离器的双压双级ORC和采用分离器和喷射泵的双压ORC等循环构型。对以上各构型循环、采用非共沸混合工质或纯工质、热源采用串联加热或并联加热等不同情况,进行热力学的对比研究。对各循环构型,分析加热过程与冷却过程中,工质与热源、冷源的传热不可逆性(或传热匹配性),各循环的热力学完善度;典型热源条件下,分析比较各循环的热力学性能,各循环的不同与优缺点。研究表明:双级ORC,通过优化两级的蒸发温度,确定预热器出口两回路的质量流量比,或分离器内汽-液二者的质量比(即工质的干度),以调节加热过程的传热窄点,以达到增加循环的吸热量和提高循环性能目的。双压ORC中,可以进一步提高循环的蒸发压力,以增加循环的输出功和热源的利用率。对于非共沸混合工质,新构型循环中不仅可以增加工质蒸发过程的温度滑移量,还可以调节冷凝段的温度滑移,以同时增加加热过程与冷却过程的传热匹配性,以提高循环性能。相比常规ORC,新构型循环降低了传热不可逆度,提高了循环的热力学完善度。DSDORC的最大净输出功比常规ORC提高了31.95%,（火用）效率提高了29.47%,热力学完善度提高了15.03%。

关键词：有机朗肯循环循环重构非共沸混合工质传热窄点调节温度滑移传热匹配

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间壁塔内壁间有无换热对分离效果影响初探

计算机与应用化学 2015年第12期32卷 1483-1486页

作者：朱哲熹刘旭芳李斯周康刘晗黄子坤杜增智孙巍张卫东北京化工大学化学工程学院北京100029

间壁塔的应用显著提升了精馏操作的节能效果,减少了设备投资费用,受到了研究者的广泛关注。现有的研究和设计中尚未考虑间壁两侧传热对精馏过程的影响,但实际过程应当存在一定程度的热传递,对精馏操作的分离效果及其能量投入产生影响。... 详细信息

间壁塔的应用显著提升了精馏操作的节能效果,减少了设备投资费用,受到了研究者的广泛关注。现有的研究和设计中尚未考虑间壁两侧传热对精馏过程的影响,但实际过程应当存在一定程度的热传递,对精馏操作的分离效果及其能量投入产生影响。为了研究间壁塔隔板的热传递对分离效果影响的趋势与程度,选择在能量投入一定的情况下分析分离效果的变化。本文以丙烷、正丁烷、正戊烷三组分精馏为例,研究当能量输入一定时,间壁塔各塔板浓度与温度参数变化情况,对间壁传热对分离效果影响的趋势与程度做一初探。计算结果表明,对该体系塔釜加热量不变时,首先,间壁塔的间壁传热使得各个组分的产品纯度下降,对分离效果不利;其次,不同间壁传热系数与不同塔板间匹配方式的间壁换热对分离效果不利影响的程度不同。本文对该体系与假设下的传热影响趋势与程度的分析,可以为间壁塔相关工程设计提供一定的参考。

关键词：传热匹配全回流逐板计算三组分分离