低压蒸汽发电装置的结构设计及性能分析

摘要

目前，传统成熟的余热资源回收利用技术并不适用于低品质余热的回收，其动力设备主要是以汽轮机和余热锅炉所组成的发电系统，无法实现低品质余热资源回收的经济性和可行性。本课题为了突破这一技术困境，研发专业匹配低品质余热的动力设备，即新型罗茨式动力机，为了论证新型设备的可行性，主要从低品质余热资源分析，动力机机理研究、数值模拟及试验分析等方面进行了研究分析。
　　首先，为了评估低品质余热资源的回收潜力，利用热力学第一定律的热能分析法和热力学第二定律的?值分析法推导计算了低品质余热资源的热能值和?值。依据推导计算的结果，得到低温烟气和显热物体这两种低品质余热资源均具有较大的回收潜力。
　　其次，对罗茨动力机发电装置的关键部件-转子进行了参数化设计，从几何角度推导得到了转子的轮廓型线方程，并且利用三维软件绘制转子的三维模型。根据罗茨式动力机的结构和工作机理，结合流体力学和气体压力传动原理，对动力机的转矩和流量进行了理论推导，按照所建立的关系对转矩以及理论流量进行了计算，得到了动力机的转矩、转速与流量的静态特性。
　　再次，根据流体的温度，压力以及特性参数来模拟低品质余热工质，利用数值模拟方法建立了罗茨式动力机的三维计算模型，结合动网格技术，对动力机的内部流场进行了三维动态模拟，得到了不同时刻和不同位置时动力机的压力场和速度场的分布情况，反映了动力机回收利用低品质余热资源的动态模拟情形。
　　最后，以罗茨式动力机为核心，搭建了低压蒸汽发电系统试验平台，进行了实验研究，测试了发电装置的流量、压力、功率等参数，通过实验验证了罗茨式蒸汽发电装置回收利用低品质余热进行发电的可行性以及理论静态特性模型的正确性。

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第一章 绪论

1.1 本课题的研究背景

1.2 国内外余热发电技术研究现状

1.3 本课题的提出

1.4 本课题主要研究的内容

1.5 本章小结

第二章 低品质余热资源的分析

2.1 余热资源的概况

2.2低品质余热资源应用价值

2.3 本章小结

第三章 罗茨式动力机的理论研究

3.1 罗茨式动力机发电装置简介

3.2 罗茨式动力机转子的参数化设计

3.3 罗茨式动力机的转矩-转速特性

3.4 罗茨式动力机的流量-转速特性

3.5 本章小结

第四章 基于CFD的罗茨式动力机三维内流场数值模拟

4.1 罗茨式动力机模型的建立

4.2 基于FLUENT的罗茨式动力机模型的求解

4.3 数值模拟结果的分析

4.4 本章小结

第五章 罗茨式动力机发电装置的试验测试

5.1 试验平台简介

5.2 试验过程

5.3 试验数据的分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢