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变工况下热泵供热及膨胀机供热的热力性能对比分析

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太阳能学报 2023年第2期44卷 334-343页

作者：和学豪赵梓良郑磊余志文陆树银顾煜炯华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 西安热工研究院有限公司苏州分公司苏州215153

通过对各设备进行建模,以某300 MW热电联产机组为例,对热泵供热及利用小型膨胀机发电后排汽供热两种方案进行变工况分析。结果表明,对于热泵供热方案,在不同的主蒸汽流量下,都存在一个最佳出口热网水温,使系统煤耗最低;采用热泵最佳参... 详细信息

通过对各设备进行建模,以某300 MW热电联产机组为例,对热泵供热及利用小型膨胀机发电后排汽供热两种方案进行变工况分析。结果表明,对于热泵供热方案,在不同的主蒸汽流量下,都存在一个最佳出口热网水温,使系统煤耗最低;采用热泵最佳参数与膨胀机方案进行变工况对比,发现在采暖抽汽参数较低时,热泵方案的煤耗高于膨胀机方案,随着采暖抽汽参数的增大,当热泵出口最佳热网水温超过70℃时,热泵方案的煤耗开始低于膨胀机方案;同样,在采暖抽汽参数较低时,热泵供热效率比膨胀机方案低,当热泵出口最佳热网水温超过64℃时,热泵方案供热效率开始超过膨胀机方案;提出等效节能量指标,并通过计算表明该指标可用于对比两方案的节能效益。

关键词：供热热力学梯级利用热泵膨胀机模型

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三角转子膨胀机在有机朗肯循环中应用分析

太阳能学报 2023年第2期44卷 1-8页

作者：李沛昀孟金龙王文翁一武上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海航天设备制造总厂上海200245

基于中低温太阳能驱动的有机朗肯循环应用背景,分析三角转子机械作为膨胀机的运行特征,通过建立含泄漏影响的运行过程热力学模型对膨胀机性能进行计算,分析以R245fa为工质在单个膨胀周期内膨胀机内部的热力学性能,包括进气角度、形状因... 详细信息

基于中低温太阳能驱动的有机朗肯循环应用背景,分析三角转子机械作为膨胀机的运行特征,通过建立含泄漏影响的运行过程热力学模型对膨胀机性能进行计算,分析以R245fa为工质在单个膨胀周期内膨胀机内部的热力学性能,包括进气角度、形状因子、偏心距和轴距系数等型线设计参数对膨胀机性能的影响。结果显示,三角转子膨胀机可实现较大的膨胀压比,所讨论的因素会对质量流量、输出功率、膨胀压比和容积效率产生影响,适当选择结构参数可优化膨胀机的性能。

关键词：太阳能能量转换泄漏有机朗肯循环三角转子膨胀机

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先进压缩空气储能系统的余热回收和利用

中国电力 2022年第2期55卷 28-34页

作者：文贤馗李翔邓彤天钟晶亮王锁斌刘石贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550002 南方电网电力科技股份有限公司广东广州510080

压缩空气储能是现阶段快速发展的一种储能技术,能够实现能量的储存和释放。在系统运行过程中,为了避免热量损耗,提出一种回收利用系统排气和换热工质余热的方法,在原余热回收系统基础上添加低膨胀比膨胀机,系统排气通过换热器吸收工质余... 详细信息

压缩空气储能是现阶段快速发展的一种储能技术,能够实现能量的储存和释放。在系统运行过程中,为了避免热量损耗,提出一种回收利用系统排气和换热工质余热的方法,在原余热回收系统基础上添加低膨胀比膨胀机,系统排气通过换热器吸收工质余热,进入膨胀机做功,增加膨胀机组输出功率并提升系统效率。利用Aspen Plus软件建立稳态工况下四级先进压缩空气储能系统模型,进行模拟仿真,通过改变膨胀机排气压力和稳压阀出口压力,探究二者对系统效率和输出功率的影响。仿真结果表明,该方法增加了压缩空气储能系统的总输出功率,提高了系统效率。

关键词：先进压缩空气储能余热回收膨胀机模拟仿真系统效率

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CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展

制冷学报 2023年第1期44卷 24-34页

作者：秦鹏伟马一太党超镔刘楷李敏霞霍文明王派天津大学机械工程学院、中低温热能高效利用教育部重点实验室天津大学热能研究所天津300072 福井大学工学系福井9100017 欧悦冰雪投资管理(北京)有限公司北京100040

随着国际社会环境意识的提高,臭氧层破坏、温室效应问题受到持续广泛的关注,越来越多的学者将注意力集中于环保制冷剂。CO_(2)因简单易得、安全可靠、传热性能和流动性好等优点受到重视。本文对CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展进行... 详细信息

随着国际社会环境意识的提高,臭氧层破坏、温室效应问题受到持续广泛的关注,越来越多的学者将注意力集中于环保制冷剂。CO_(2)因简单易得、安全可靠、传热性能和流动性好等优点受到重视。本文对CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展进行分析和总结,发现在循环中将节流阀换成CO_(2)膨胀机可有效提高系统的制冷效率,经过计算得到带膨胀机跨临界CO_(2)循环的制冷、制热效率分别比R134a循环高6.9%、4.6%,比带节流阀的循环高25.76%、16.17%;CO_(2)膨胀机的等熵效率越高,系统制冷、制热效率越大,若CO_(2)膨胀机的等熵效率大于32%,则带CO_(2)膨胀机的系统性能优于带回热器循环的系统性能。不同CO_(2)膨胀机由于结构不同导致效率、泄漏和摩擦损失不同,活塞式、转子式等膨胀机结构简单,但同时泄漏损失也较大;滑片式、旋转叶片式、涡旋式等膨胀机效率得到了很大提高,但其结构较为复杂,制造难度大,生产成本较高;同时对当前存在的一些问题提出了解决办法,如进行合理的设计减小泄漏与摩擦损失、将压缩功提供给压缩机、在膨胀过程中加入其他气体以及设计可调节膨胀比的CO_(2)膨胀机。目前CO_(2)膨胀机的研究基本集中于实验室,在工程中应用较少。因此未来应以实验和理论相结合,进一步研究CO_(2)膨胀机效率提升、关键零部件技术开发等问题。

关键词：跨临界循环膨胀机膨胀功等熵效率泄漏 CO_(2)

膨胀机对修正克劳特氦液化循环的影响及其热力学分析

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低温工程 2021年第3期 27-32页

作者：史敏欧阳峥嵘李俊杰中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

以膨胀机为研究对象,分析了膨胀机对基于两级膨胀机串联的修正克劳特氦液化循环的影响。通过对系统中的部件进行逐个分析,用编程的方式实现了对氦液化循环的模拟,得到了不同膨胀机分流量、一级膨胀机出口压力、膨胀机效率下循环的液化率... 详细信息

以膨胀机为研究对象,分析了膨胀机对基于两级膨胀机串联的修正克劳特氦液化循环的影响。通过对系统中的部件进行逐个分析,用编程的方式实现了对氦液化循环的模拟,得到了不同膨胀机分流量、一级膨胀机出口压力、膨胀机效率下循环的液化率,并从热力学角度进行分析。研究结果表明膨胀机的分流量为80%时循环液化率最大,该值会随一级膨胀机出口压力变化而产生轻微变化。一级膨胀机出口压力对液化循环的影响分为3个阶段,对于本研究的循环应该在第一阶段和第二阶段之间寻找最佳的一级膨胀机出口压力。

关键词：氦液化循环膨胀机热力学分析克劳特循环

三角转子膨胀机在跨临界CO_(2)制冷循环中的应用分析

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化工学报 2021年第S01期72卷 161-169页

作者：李沛昀李杨王文彬王文上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海宇航系统工程研究所上海201109

在高压比跨临界CO_(2)制冷循环中,采用膨胀机替代节流元件对提高循环效率有较大的潜力。分析了以三角转子机械作为膨胀机的运行机理,对三角转子膨胀机的工作过程进行计算和分析,并从形状因子、转子型线、进气角度、偏心距和轴距系数入手... 详细信息

在高压比跨临界CO_(2)制冷循环中,采用膨胀机替代节流元件对提高循环效率有较大的潜力。分析了以三角转子机械作为膨胀机的运行机理,对三角转子膨胀机的工作过程进行计算和分析,并从形状因子、转子型线、进气角度、偏心距和轴距系数入手,讨论了影响三角转子膨胀机的影响因素。在设定情况下,使用三角转子膨胀机可以通过将10 MPa、313.15 K的超临界CO_(2)膨胀至3.49 MPa、273.69 K,并将制冷系数提高23.7%。形状因子和进气角度是影响膨胀机运行效果的主要因素,需选取适当的参数来提高效率。

关键词：跨临界CO_(2) 制冷循环膨胀机三角转子

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氢燃料车载膨胀机叶尖间隙对性能的影响

排灌机械工程学报 2023年

作者：李忠键杜鹏周山邓磊何爱杰中国航发四川燃气涡轮研究院南京航空航天大学能源与动力学院

为了降低氢燃料电池汽车供气系统的功耗，开展膨胀机叶尖间隙对气动性能的影响研究，通过建立某款膨胀机单通道流体域精确分析模型，对不同的前缘和尾缘叶尖间隙，计算膨胀机的落压比和效率，并针对流道内流动情况进行分析。研究结果表... 详细信息

为了降低氢燃料电池汽车供气系统的功耗，开展膨胀机叶尖间隙对气动性能的影响研究，通过建立某款膨胀机单通道流体域精确分析模型，对不同的前缘和尾缘叶尖间隙，计算膨胀机的落压比和效率，并针对流道内流动情况进行分析。研究结果表明：膨胀机叶轮的前缘叶尖间隙对其性能的影响更大，增大前缘叶尖间隙，流场中会形成更大的湍流区，这是因为增大前缘叶尖间隙，会增加内流场中的叶尖泄漏流，造成更大的流动损失，影响膨胀机的做功能力；仅增大尾缘叶尖间隙对膨胀机性能的影响不大，尤其将尾缘叶尖间隙从0.6mm增大至0.8mm，其在设计转速下的出口湍动能仅增大5.7%，若尾缘间隙从0.6mm增大至1.0mm，叶轮效率只降低0.5%左右，所以在结构设计和生产装配过程中，应首先保证前缘叶尖间隙的精度要求，同时适当增大尾缘叶尖间隙，膨胀机性能的衰减幅度是可被接受的。研究的思路和结果，可为类似氢燃料电池车载高速向心式膨胀机设计提供参考。

关键词：膨胀机氢燃料汽车前缘叶尖间隙尾缘叶尖间隙气动性能

3种型式CO_(2)跨临界带膨胀机热泵循环性能研究

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同方期刊数据库

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流体机械 2022年第7期50卷 64-70页

作者：杨俊兰姬旭李金芮白杨天津城建大学能源与安全工程学院天津300384

为了提高CO_(2)跨临界热泵系统的性能,通过建立热力学模型,将3种带膨胀机的CO_(2)跨临界循环,即单级膨胀机循环(SCE)、双级一次节流中间完全冷却循环(TPCE)、双级二次节流中间完全冷却循环(TSCE)与单级节流阀循环(BASE)进行了制热性能... 详细信息

为了提高CO_(2)跨临界热泵系统的性能,通过建立热力学模型,将3种带膨胀机的CO_(2)跨临界循环,即单级膨胀机循环(SCE)、双级一次节流中间完全冷却循环(TPCE)、双级二次节流中间完全冷却循环(TSCE)与单级节流阀循环(BASE)进行了制热性能对比分析。结果表明:蒸发温度变化时,TSCE循环的制热系数COP_(h)最大,分别比SCE和TPCE循环平均高出6.32%和10.01%;当气体冷却器出口温度高于37 ℃时,SCE循环的COP_(h)最大,低于37 ℃时,TSCE性能最好;TPCE和TSCE循环在蒸发温度变化过程中,存在蒸发温度的最优值,对应对基础循环的提升程度ΔCOP最大,TPCE和TSCE循环的ΔCOP最大值分别为27.27%和15.21%;根据假设条件,进而得到了最优高压和蒸发温度和气体冷却器出口温度之间的关联式。

关键词： CO_(2)跨临界循环膨胀机系统性能双级压缩

维普期刊数据库评论

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耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站概念研究

南方能源建设 2023年第2期10卷 18-25页

作者：郑开云池捷成张学锋势加透博(上海)能源科技有限公司上海201815

[目的]储能是发展新能源、实现碳达峰碳中和目标的基础条件,其中抽水蓄能是最主要的储能方式,但是抽水蓄能依赖地理条件,需要占用大量自然资源,优良的厂址资源十分有限。为了缓解抽水蓄能厂址资源需求与自然资源稀缺的矛盾,提出了一种... 详细信息

[目的]储能是发展新能源、实现碳达峰碳中和目标的基础条件,其中抽水蓄能是最主要的储能方式,但是抽水蓄能依赖地理条件,需要占用大量自然资源,优良的厂址资源十分有限。为了缓解抽水蓄能厂址资源需求与自然资源稀缺的矛盾,提出了一种耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统,并从研究思路、概念方案和工程可行性进行分析,从而为抽水蓄能产业发展提供创新解决方案。[方法]围绕提高能量密度,以减小水库容量、降低水库高度差为突破点,运用压缩空气排水的方法,将水泵水轮机替换为压缩机和膨胀机,下库改为封闭结构的承压容器。储能时,压缩机将空气压缩至高压充入下库,并推挤下库内的水至上库。释能时,水从上库返回下库,下库内的压缩空气被推挤出,并经膨胀机释放。这可使相同条件下抽水蓄能的能量转换量提高数倍。为了论证耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站的储能效果,设置上、下库高度差300 m,按照低性能和高性能两套设备参数,对40 MW/200 MWh的概念方案进行热力学分析和储能效率计算。[结果]结果表明:在低性能参数条件下,储能效率65.68%,在高性能参数条件下,储能效率70.81%;能量密度1.67 kWh/m^(3)。[结论]耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统可使水库容量或高度差大幅减小,大大降低厂址要求,并可使发展抽水蓄能受限的地区具备开发条件,且关键设备成熟,单位造价与常规抽水蓄能相近,技术经济上可行。

关键词：储能抽水蓄能压缩空气能量密度储能效率压缩机膨胀机