论文部分内容阅读
有机朗肯循环系统在低品位能源的利用中具有良好的表现,在严峻的能源形势下有机朗肯循环系统的研究和应用备受关注。气液两相喷射器是一种特殊的流体输送装置,它使气态和液态两股流体在其特殊的流动通道内进行质量、动量、能量的交换,产生凝结激波,在喷射器出口获得压力均高于两入口压力的液态工质。喷射器无运动部件、无噪音、无泄漏,应用于有机朗肯循环中取代传统的机械升压泵,无需外力驱动,可以提高循环系统的能源利用率。本文以喷射器升压式有机朗肯循环为研究对象,即将气液两相喷射器应用于有机朗肯循环中构成喷射器-汽轮机有机朗肯循环、将喷射器和液轮机取代传统有机朗肯循环中的工质泵和汽轮机构成喷射器-液轮机有机朗肯循环,克服工质泵和汽轮机占地面积大、泄漏、操作复杂等缺点。对两种新的有机朗肯循环系统和传统有机朗肯循环的火用效率与热效率进行了理论计算和分析,分析喷射器对系统性能的影响作用。结果表明,在相同的蒸发器出口条件下,喷射器与汽轮机结合的有机朗肯循环系统在三种系统中具有最高的火用效率和热效率,分别为58.11%、15.9%;喷射器与液轮机结合的有机朗肯循环系统的火用效率不超过50%、热效率在14%以下,虽然能源利用效率低,但是该系统可以应用在一些移动设备和空间有限的场合。喷射器与汽轮机结合的有机朗肯循环系统的火用效率和热效率较高,具有良好的应用前景。研究内容为低品位能源的利用提出了一种新的发展思路。在喷射器与汽轮机结合的有机朗肯循环系统中,研究了该系统使用干工质、湿工质和等熵工质时的系统性能。结果表明,使用等熵工质时,喷射器与汽轮机结合的有机朗肯循环系统热效率最高,为18.0%,系统输出净功较大,为486.55kW;系统使用干工质时由于汽轮机排汽温度高,增加了工质在冷凝器中的能量损失从而降低系统热效率,而且影响部件使用寿命;使用湿工质时,系统的输出净功最小、热效率最低。搭建了喷射器性能实验台架,使用有机工质R141b对喷射器进行实验,考查了喷射器的升压能力和引射系数能达到的范围。实验中喷射器出口压力低于蒸气压力,引射系数较小。实验表明,当使用有机工质时,要实现喷射器的升压能力、达到较大的引射系数还要对喷射器进行更为严格的设计和更为完善的实验操作。本文研究得到国家自然科学基金资助项目(NO.51266001)的支持。