太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)適用工質(zhì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】： 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的溫度范圍大致為環(huán)境溫度到100oC左右,平板集熱器和普通真空管集熱器即可滿足系統(tǒng)要求。因此,選取適用于太陽(yáng)能低溫?zé)犭娧h(huán)溫度范圍的有機(jī)工質(zhì)成為關(guān)鍵,本文以太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)適用工質(zhì)為切入點(diǎn),開展了對(duì)太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。 在理論循環(huán)分析中,選取了R600,R134a,R245fa,R236fa四種具有代表性的純工質(zhì)作為太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的候選工質(zhì),在設(shè)定工況下,對(duì)四種候選工質(zhì)的循環(huán)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,并從壓力水平、做功能力、循環(huán)效率、熱力學(xué)完善度、工質(zhì)安全性和工質(zhì)環(huán)境性能等方面進(jìn)行了分析比較。結(jié)果顯示,在冷凝和蒸發(fā)溫度分別為25℃和80℃時(shí),以R245fa為工質(zhì)的太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)總體壓力水平較低,同時(shí)循環(huán)效率達(dá)到約13%。研究表明選取R245fa作為太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的工質(zhì)是可行、合理的。 為了進(jìn)一步拓寬太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)適用工質(zhì)的選擇范圍,本文提出了以R245fa/R152a為組元的按不同質(zhì)量比例組成的Ca、Cb和Cc三種典型的非共沸混合工質(zhì),在設(shè)定工況下對(duì)其應(yīng)用于太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的性能進(jìn)行了理論研究。針對(duì)非共沸混合工質(zhì)相變時(shí)存在溫度滑移,在系統(tǒng)中引入了內(nèi)部換熱器(IHE)。分析結(jié)果表明:使用混合工質(zhì)可拓展太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)工質(zhì)選擇范圍;非共沸混合等熵工質(zhì)在設(shè)定工況下的循環(huán)效率并非最高,但具有最小的膨脹比;非共沸混合工質(zhì)應(yīng)用于太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)時(shí),同時(shí)引入內(nèi)部換熱器和適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度將使循環(huán)效率得到明顯提高。 對(duì)以R245fa為循環(huán)工質(zhì),采用8mm管板式集熱器的太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與普通太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)集熱器不同,太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的集熱器效率在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)階躍式突變;在保證工質(zhì)完全相變的前提下,集熱器效率變化的一般趨勢(shì)是隨太陽(yáng)輻照度的增加而減小,在相同的太陽(yáng)輻照度情況下,集熱器效率隨工質(zhì)流量的增加而增大。 在變工況分析的基礎(chǔ)上提出并擬合得到了太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)集熱器的“最佳效率曲線”。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能 低溫朗肯循環(huán) 工質(zhì) 非共沸混合物 理論分析 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TK51
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 本課題研究背景8-9
• 1.2 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的主要類型及發(fā)展趨勢(shì)9-11
• 1.3 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題11-12
• 1.4 本文的主要內(nèi)容12-14
• 第二章 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)適用工質(zhì)的理論研究14-25
• 2.1 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)概況14-16
• 2.2 循環(huán)工質(zhì)的選擇及其理論循環(huán)的計(jì)算16-19
• 2.2.1 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的理想工質(zhì)16-17
• 2.2.2 候選工質(zhì)的提出17-18
• 2.2.3 設(shè)定理論循環(huán)的工況18
• 2.2.4 理論循環(huán)基本方程18-19
• 2.3 候選工質(zhì)理論循環(huán)計(jì)算的結(jié)果及分析19-22
• 2.4 以R245fa 為工質(zhì)的朗肯循環(huán)參數(shù)22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-25
• 第三章 非共沸工質(zhì)用于太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的理論研究25-39
• 3.1 非共沸工質(zhì)太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)概況25-26
• 3.2 三種由工質(zhì)定義的典型朗肯循環(huán)26-27
• 3.3 非共沸有機(jī)工質(zhì)的提出及其理論循環(huán)計(jì)算27-34
• 3.3.1 非共沸有機(jī)工質(zhì)的提出27-29
• 3.3.2 理論循環(huán)的工況29-30
• 3.3.3 非共沸工質(zhì)理論循環(huán)計(jì)算的結(jié)果及分析30-33
• 3.3.4 朗肯循環(huán)中過(guò)熱度的影響33-34
• 3.4 二元非共沸混合工質(zhì)質(zhì)量配比對(duì)循環(huán)的影響34-38
• 3.4.1 不同配比條件下的循環(huán)效率34-35
• 3.4.2 膨脹比與膨脹機(jī)入口體積流量35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究39-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集工具39-41
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說(shuō)明39-41
• 4.1.2 參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)采集裝置41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)步驟41-42
• 4.3 8mm 管板式集熱器實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析42-53
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析42-46
• 4.3.2 太陽(yáng)能集熱器的效率46-47
• 4.3.3 太陽(yáng)能低溫朗肯循環(huán)的朗肯效率47-50
• 4.3.4 循環(huán)中的過(guò)熱與過(guò)冷50-53
• 4.3.4.1 過(guò)熱的形成及影響50-52
• 4.3.4.2 過(guò)冷的形成、影響及利用52-53
• 4.4 變工況下太陽(yáng)能集熱器的效率53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第五章 結(jié)論與建議57-59
• 參考文獻(xiàn)59-61
• 附錄 變工況實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)61-64
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明64-65
• 致謝65

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