有机朗肯循环系统工质的选择与透平膨胀机的数值模拟

论文摘要

文章对100℃左右低温热能发电系统进行了如下研究：利用matlab调用NIST物理性质软件接口,编写了一个热力循环模拟系统,包括最小系统和添加一级回热的系统；针对本实验室有机朗肯循环试验台建设中遇到的一些实际问题,总结出有机朗肯循环中影响工质选择的主要因素；通过对十种常用干工质的比较分析,得出针对100℃左右的热源,采用R141和R245fa作为实际工程应用的候选工质；所编制的程序可以用于各种温度段的ORC系统工质筛选,并能够绘出相关因素分析图表。针对各种形式的有机朗肯循环发电膨胀机,通过试验测试平台对空气马达改装,涡旋压缩机改装,以及对车用涡轮增压器的向心透平膨胀机的研究,综合国内外的研究,得出向心透平膨胀机最适合用于小型有机朗肯循环低温发电系统。最后,针对本课题组准备试制的一台适合本实验平台的向心透平膨胀机的主要结构,包括喷嘴、动叶进行数值模拟,检验并优化了一些参数,为后续研究做好准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 低温余热发电概况
• 1.2 国内外有机朗肯循环发电研究概况
• 1.3 有机朗肯循环系统工质的研究进展
• 1.4 有机朗肯循环系统膨胀机的研究进展
• 1.5 主要研究内容
• 2 有机朗肯循环工质的选择
• 2.1 系统分析
• 2.2 试验台介绍
• 2.3 软件MATLAB和REFPROP联合编程简介
• 2.4 对饱和蒸汽膨胀的亚临界有机朗肯循环系统的程序设计
• 2.5 优选工质的考量条件
• 2.5.1 工质的比热
• 2.5.2 气化潜热
• 2.5.3 导热系数
• 2.5.4 工质粘度
• 2.5.5 毒性与可燃性
• 2.5.6 沸点、临界点
• 2.5.7 工质的ODP
• 2.5.8 工质的GWP
• 2.5.9 系统效率
• 2.6 添加回热与不添加回热的比较分析
• 2.7 本章结论
• 3 膨胀机的选择
• 3.1 有机朗肯循环低温热能发电系统的特点
• 3.2 向心透平膨胀机结构及特点
• 3.3 向心透平膨胀机的原理及热力过程分析
• 3.4 针对本实验平台透平膨胀机的相关参数选择
• 3.5 本章小结
• 4 向心透平膨胀机的数值模拟
• 4.1 计算流体力学基本理论
• 4.1.1 控制方程
• 4.1.2 可压缩湍流的基本方程以及湍流计算模型比较
• 4.1.3 网格划分
• 4.1.4 边界条件、初始条件、求解控制参数的给定
• 4.1.5 流体性质的定义
• 4.2 透平膨胀机导流器的数值模拟
• 4.2.1 导流器简介
• 4.2.2 导流器几何模型的建立和计算网格的生成
• 4.2.3 数学模型与边界条件选定
• 4.2.4 计算结果
• 4.3 静叶动叶的联合模拟
• 4.3.1 网格生成
• 4.3.2 结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果