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有机朗肯循环在工业低品位余热回收领域的应用研究

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1 绪论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 国内外现状

1.3 余热利用的主要方式和关键技术

1.4 论文的研究内容

2 有机朗肯循环系统效率分析

2.1 有机朗肯循环系统的构成和特点

2.2 有机工质朗肯循环的理论效率分析

2.3 有机朗肯循环系统火用效率分析

2.4 本章小结

3 有机工质的选择以及效率的计算

3.1 有机工质的物理特性和环保特性

3.2 循环系统初始条件的设定和建模

3.3 有机工质的做功以及循环效率

3.4 本章小结

4 膨胀机的选择

4.1 螺杆膨胀机的简介和原理

4.2 螺杆膨胀机热回收系统介绍

4.3 螺杆膨胀机性能对系统的影响

4.4 螺杆膨胀机的参数选择计算

4.5 本章小结

5 蒸发器的设计与模拟计算

5.1 朗肯循环的各参数的确定

5.2 工质流量的计算以及蒸发器的设计

5.3 蒸发器的数值模拟

5.4 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 未来的工作和展望

致谢

参考文献

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摘要

在世界能源短缺与环境问题日益突出的形势下,提高能源利用效率具有十分重要的意义。在很多工业领域中,低温余热资源占到了总能源消耗量的35%-60%,这些低品位能源没有加以回收利用而直接排入了大气。如果将这部分能源利用起来,那么将大大降低我国的能源负担并改善环境。论文主要针对工业余热利用有机工质朗肯循环发电系统各个关键环节进行了研究工作。
  论文中首先介绍了我国的能源形势以及余热利用的现状,然后提出了有机工质朗肯循环的简化模型,并且在理论上对其进行了发电功率以及效率的分析。以某化工厂温度为105℃的蒸汽余热为依据,在此条件下分析了R134a,R245fa,R141b以及三种不同混合比的混合工质的做功情况。运用REFPROP计算出了他们的物性参数然后利用origin拟合得到各参数的高次多项式,再通过MATLAB编程计算出了这几种工质的循环功率和效率,最终通过比较选择了R134a作为系统循环工质。通过计算选择了压比为4的螺杆膨胀机代替了传统的汽轮机,并且分析了膨胀机绝热效率对系统效率的影响,得出绝热功率和系统效率成线性正相关的关系。针对余热参数计算出了R134a流量以及蒸发器的结构参数,通过利用Fluent中自定义UDF编写源项对蒸发和冷凝的两相流工况进行了模拟,得到模拟的温度参数(91.8℃)与设计的循环参数(86.2℃)有较好的吻合。最后运用热力学第一、第二定律对整个循环系统计算和分析,得出系统第一定律效率为8.14%,第二定律效率为41.24%,由此可见系统的有用功转换效率要大大高于系统的热回收效率。

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