重力有机工质热功转换系统及改进的氨水联合循环

摘要

能源危机和环境污染已经成为全人类共同面临的问题,对低品位能源的利用逐渐受到学者们的重视。中国的低品位能源如工业余热、地热能、海洋能和太阳能等资源十分丰富,存在很大的开发利用空间。但由于这些低品位能源的温度较低,在转化为功的过程中,效率较低。为此,如何提高能量转化效率成为利用低品位能源的关键。
　　本文提出了重力有机工质热功转换系统和改进的Goswami氨水功冷联供循环,并对两种系统进行了热力学分析。
　　(1)提出一种新型重力有机工质热功转换系统并进行了热力学研究。建立了影响系统的主要过程—竖直上升过程的物理和数学模型,对气态有机工质的竖直上升过程进行数值模拟研究;其次,分析了竖直上升管道进口工质的温度、质量流量、工质种类和管道直径对气态工质沿管道分布的变化情况的影响和所能达到的临界高度的影响。
　　研究结果表明:
　　a.气态工质在竖直上升管中存在一段稳定运行的范围,系统设计可行;
　　b.工质的温度、压力、密度和焓值随高度增加逐渐减小,速度和马赫数随高度增加逐渐增大;减小质量流量,增大管径,降低进口气态工质的过热度以及采用临界压力较高的有机工质有利于增加气态工质在管道中上升的高度。
　　c.系统热效率的主要决定因素为竖直上升管的高度,工质在管道入口的各热力学参数和管道参数对系统热效率的影响与对竖直上升管的影响同步。
　　(2)在已有的Goswami氨水功冷联供循环研究的基础上,提出用两相膨胀机回收循环中高压流体的能量,给出了两种改进方式(A-modified cycle和 B-modified cycle);并对两种改进方式进行热力学性能的分析和比较。给出了在不同热源温度、膨胀机进口压力和基本溶液浓度下的敏感性分析。
　　研究结果表明:
　　a.A和B改进循环特性不同。A改进循环主要输出功,可以获得较高的效率;B改进循环主要输出制冷量,可以获得较高的一定律效率。
　　b.对于A-modified cycle来说增大热源温度,增大膨胀机进口压力和降低基本溶液浓度都能使循环净输出功、制冷量、一定律效率和?效率增加;对于B-modified cycle来说,增大热源温度能使循环净输出功、制冷量、一定律效率和效率增加。B-modified cycle的净输出功和效率随膨胀机进口压力降低和基本溶液浓度增大而减小,但制冷量和一定律效率随膨胀机进口压力降低和基本溶液浓度增大而增加。