一种复叠式有机朗肯循环系统的优化设计与分析

摘要

随着能源与环境压力的日益凸显，人们积极寻找有效的方式缓解能源问题。全球范围内余热资源丰富，尤其是中低温余热占工业领域余热资源的一半以上，如果能够合理回收这部分余热对节约能源、缓解能源短缺有深远的意义，有机朗肯循环是回收中低温余热的有效方式。
　　目前有机朗肯循环的研究多集中在低温热源部分，为了高效的回收中温烟气的余热资源，本文以一个复叠式有机朗肯循环系统为研究对象，着眼于工业领域广泛存在的200-300℃中温烟气余热资源，从系统结构、工质选择和系统循环参数三个方面对系统进行了分析计算，主要研究内容和结论如下：
　　首先，建立了烟气余热回收复叠式有机朗肯循环系统的热力学模型，分析了高温级过热过程对系统性能的影响，并以单位烟气的净输出功和热效率为目标函数，将复叠式有机朗肯循环与单级有机朗肯循环进行了对比分析。
　　然后，根据有机朗肯循环工质的选择标准，选定了十二种高温级有机工质和四种低温级有机工质，对工质的性能进行了比较分析，并以系统总净输出功、热效率以及火用效率作为目标函数，分析讨论了在热源范围内二十四对工质对目标函数的变化情况，选出最佳的高温级、低温级工质对。结果表明在200-300℃热源范围内，当高温级工质为苯和甲苯时，系统的热效率处于较高水平，但系统总净输出功略低于其他工质；硅氧烷类工质对应的系统净输出功最大，具有较好的做功能力，且低温级工质为R245fa时的热效率要高于低温级工质为R123时的热效率。
　　最后，从热力学第一、二定律角度分析了系统主要循环参数高温级蒸发温度、冷凝温度对系统性能的影响，结果表明：高、低温级的工质流量均随高温级蒸发温度的升高而降低；高温级蒸发温度越高，系统总的热效率和高温级的热效率越高；当蒸发温度在考察范围内变化时系统总的净输出功存在最优值，且在低蒸发温度时低温级的净输出功占系统总净输出功的主要部分；在热源温度一定的情况下，高温级冷凝温度的变化对复叠式有机朗肯循环系统总的净输出功的影响不明显。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2有机朗肯循环国内外研究现状

1.3课题研究内容

第二章 复叠式有机朗肯循环系统模型建立

2.1单级与复叠式有机朗肯循环系统的介绍

2.2复叠式有机朗肯循环系统模型

2.3高温级过热度对系统性能的影响

2.4小结：

第三章 复叠式有机工质朗肯循环工质的优化选择

3.1工质的选择方式和基本原则

3.2工质对的优化选择

3.3小结

第四章 复叠式系统的循环参数对系统性能的影响

4.1高温级蒸发温度、冷凝温度对系统性能的影响

4.2 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 建议与进一步工作

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢