微型有机朗肯循环热电系统建模与性能分析

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微型有机朗肯循环热电系统建模与性能分析

Modeling and performance analysis of micro-CHP system with organic rankine cycle
Shao Yingjuan1 Jin Baosheng1 Zhong Wenqi1 Liu Hao2
（ 1 Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of Ministry of Education，Southeast University，Nanjing 210096，China）（ 2 School of the Built Environment，University of Nottingham，Nottingham NG7 2ＲD，United Kingdom）
1 系统构建
微型有机朗肯循环低温热电联产系统主要由蒸发器、汽轮机、冷凝器和工质泵 4 个热力设备组成．本文选取的是带有回热器的代表性 OＲC 系统（见图 1）．在该闭合回路中，有机工质经工质泵升压，先进入回热器被初步加热，再被送到蒸发器中，产生高压工质蒸汽，进入汽轮机中膨胀做功，带动发电机输出电能；做功后的有机工质，先进入回热器放热，再在冷凝器中进一步放热给冷却水，并对外输出热能；工质液体再次流回循环泵，完成循环并不断重复．
［doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2013． 04． 023］
Байду номын сангаас4 期
邵应娟，等：微型有机朗肯循环热电系统建模与性能分析
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性的分布式能源技术［2］．有机朗肯循环（ organic Ｒankine cycle，OＲC）中，循环工质为具有较低临界温度的有机工质而非传统的水蒸气［3］，其对热源温度要求较低，100 ℃ 左右的热源就可以维持其正常运行，是利用低温热源（太阳能、生物质能、地热和工业余热等）的有效途径［4-5］．现有中大规模 OＲC 系统的良好运行说明有机朗肯循环具有广阔的应用前景．当前，全球范围内建筑能源消耗已达总能耗的 40% 以上［6］，适用于建筑物的微型有机朗肯循环热电联产还处于研究起步阶段．采用微型热电联产技术（ M -CHP）对独栋建筑进行热电联供，可极大地节省能源和资源；而有机工质的微型 OＲC 循环技术能明显提高发电效率，同时保证汽轮机出口干度，提高系统运行的可靠性［7］．

低温烟气有机郎肯循环系统热力性能与经济性的对比分析

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第11期·4010·化工进展低温烟气有机郎肯循环系统热力性能与经济性的对比分析韩中合，许鸿胜，范伟，赵若丞，王智（华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定 071003）摘要：以工业低温烟气余热有机朗肯循环（ORC ）发电系统为研究对象，选取了两组共4种工质，基于热源参数分别对系统热力性能及经济性指标进行计算，分析不同工质系统的热经济性与经济性指标的变化，对4种工质的热力性能指标、经济性指标以及最佳工况进行对比分析。

结果表明，同组工质的净功量和热耗率变化相似且数值接近，但电力生产成本和投资回收期差别较大。

同一工质的最佳热经济性工况和最佳经济性工况存在差异，在本文条件下，工质最佳经济性工况下的蒸发温度高于最佳热经济性工况下的蒸发温度约8～10℃。

R600a 为所选4种工质中兼顾经济性与热经济性的最佳工质，采用R236ea 的系统热力性能好于R600，而采用R600的系统电力生产成本始终低于R236ea ，R600相比于R236ea 具有明显的经济性优势。

关键词：烟气余热；有机朗肯循环；热源参数；热经济性；经济性中图分类号：TK 12 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）11–4010–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2287Comparison of thermodynamic performance and economic efficiency ofORC system for low temperature flue gasHAN Zhonghe ，XU Hongsheng ，F AN Wei ，ZHAO Ruocheng ，WANG Zhi（Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment ，North China Electric PowerUniversity ，Baoding 071003，Hebei ，China ）Abstract ：This paper established the organic Rankine cycle （ORC ） systems which utilized low-temperature flue gas as heat source to generate electricity. 2 Groups of single working fluids were researched. By changing heat source parameters to alter the heat absorption of the systems ，the thermal equilibrium method was used to calculate thermal performance. Both thermodynamics and economics were taken into consideration to analyze the performance of systems with different working fluids. The result revealed that the two working fluids with the same group retained the similar parameters of network and heat consumption rate with the similar regularity of changes ，while the LEC （levelized electricity cost ）and DPP （discounted payback period ）were not similar. Under the condition studied ，the evaporation temperature optimized by economics was about 8—10℃ higher than that by thermodynamics. The comprehensive comparison showed that R600a was the best choice. The thermal performance of system using R236ea was better than R600，but the LEC of system using R600 was lower than R236ea. Compared to R236ea ，R600 had obvious advantage at the aspect of economics.Key words ：flue gas waste heat ；organic Rankine cycle ；heat source parameter ；thermodynamic performance ；economic performance第一作者及联系人：韩中合（1964—），男，教授，博士，研究方向为热力设备状态监测与故障诊断及两相流计算测量。

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

有机朗肯循环低温余热发电系统综述引言在工业生产过程中，大量的热能会以余热的形式排放到环境中，造成了能源的浪费。

这些废热也可能对环境造成影响。

利用余热进行发电，不仅可以提高能源利用效率，还可以减少对环境的影响。

有机朗肯循环低温余热发电系统正是一种利用余热发电的新型技术，本文将就有机朗肯循环低温余热发电系统的原理、特点、应用及发展前景进行综述。

一、有机朗肯循环低温余热发电系统的原理有机朗肯循环低温余热发电系统是利用有机朗肯循环技术，将低温余热转化为电能的一种系统。

其原理是利用有机朗肯循环工质和低温热源之间的温差来驱动发电机发电。

有机朗肯循环是将有机工质置于一个封闭的循环系统内，利用热能的输入和排出来驱动涡轮机进行发电的一种循环系统。

当有机工质受热使得蒸汽压升高时，蒸汽压推动涡轮机工作，从而带动发电机发电；而在冷凝器中，有机工质又被冷却再次变成液态，完成循环。

有机朗肯循环低温余热发电系统是通过这样一个闭合的循环系统，将低温余热转化为电能。

二、有机朗肯循环低温余热发电系统的特点1. 低温工作：有机朗肯循环低温余热发电系统的工作温度低，通常在100°C以下。

这使得这种系统可以有效利用那些传统热能利用技术无法利用的低品位热能资源，如煤矿瓦斯、生活污水、工业废热等。

2. 环保高效：有机朗肯循环低温余热发电系统的工作过程无需核心机械设备如大型锅炉或锅炉，排放的废气和废水相对较少，具有较高的环保性。

由于其低温工作特点，利用的低品位热能资源不会与食品、药品等高温生产过程相冲突，环保性较好。

3. 经济效益：有机朗肯循环低温余热发电系统具有投资少、成本低、回收期短等特点，从经济角度来看很有吸引力。

4. 可操作性强：有机朗肯循环低温余热发电系统的操作比较简便，不需要特别复杂的操作程序，管理维护成本低。

三、有机朗肯循环低温余热发电系统的应用有机朗肯循环低温余热发电系统已经在多个领域得到了应用，主要包括以下几个方面：1. 电厂余热利用：在电厂生产过程中，通常会有大量的低温余热排放，有机朗肯循环低温余热发电系统可以有效地利用这些余热进行发电，提高能源利用效率。

有机朗肯循环实验

动力工程学院本科生创新实验报告题目：有机朗肯循环：废热余热利用关于有机朗肯循环系统性能测试实验学号：2009XXXX班级：热能与动力工程X 班姓名：XX 教师：XXX动力工程学院中心实验室2013年1月实验名称：试实验注意：1.实验成绩按照百分制给出。

2.教师评定成绩根据实际情况时要有区分度。

3.本页由指导教师填写。

报告内容1.实验背景能源是推动人类社会发展的动力，随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗量的不断攀升，以及能源消耗带来的环境负担（如二氧化碳排放、酸雨等），能源和环境问题已成为全世界共同关注的重大问题。

能源利用形式不仅要讲究环境友好型，而且能源利用效率也要讲究高效型。

经过人类的不断研究，高温热源利用技术已经相对成熟，为了更好地缓解能源压力，人类开始对新能源进行探索，同时也开始对低品位能源利用技术进行研究。

因此，各种能源利用形式开始出现：太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物质能、工业废热等。

因此，对低品位能源（如工业废热）形式的利用，人类开始有机朗肯循环技术进行探索。

本实验对于有机朗肯循环系统利用废热进行了简单介绍及其性能进行实验研究。

2.研究进展有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)是以有机物代替水作为工质，回收低品位热能的朗肯动力循环。

有机物朗肯循环的研究最早始于1924年，有人以二苯醚作为ORC工作介质进行了研究。

1966年有学者撰文指出可应用有机朗肯循环回收低品位的热能，一时之间以氟利昂为工质回收低品位热能的朗肯循环引起了各国学者的广泛关注。

Curran H M J，Badr O J，Giampaolo G 等人在有机朗肯循环的设计、运行及工质选择等方面开展了较深入的研究工作。

我国自20世纪80年代开始对有机朗肯循环进行研究，分析了有机朗肯循环的热力系统及效率，论证了有机朗肯循环中工质的选择与循环参数的确定及对八种常用的氟里昂的动力粘度在100～450K范围内求出拟合公式。

分析有机朗肯循环低温余热发电系统综述

分析有机朗肯循环低温余热发电系统综述摘要：余热发电是我国节能发展中的重点节能工程之一，目前在我国工业领域中存在着大量的低温余热资源，但因缺乏一定的利用从而导致能源被分散。

而有机朗肯循环在面对低温余热发电系统时，可有效达到能源再利用、节能减排、美化环境的效果。

在低温余热发电领域中，目前可利用有机朗肯循环模式进行余热发电系统的运行。

其中有机朗肯循环包括膨胀机、冷凝器、低压储液器、工质泵、预热器、蒸发器，以及润滑系统等部分组成。

有机朗肯循环原理为：以低沸点有机物作为工作介质，经预热器、蒸发器加热，吸收了热源的能量，由液体变为高温气体。

进入膨胀机，在转子基元容积内，气体膨胀对外做功，驱动发电机旋转发电。

工质变为低压、低温的气体，再经冷凝器冷凝为液体，通过储液器进入工质泵，经过工质泵加压后，重新回到预热器和蒸发器吸热，如此往复循环。

因为是热力系统的原因，所以膨胀机的轴功率输出、冷凝器负荷、预热器蒸发器负荷会因冷热源条件的变化而变化。

关键词：有机朗肯；循环；低温余热；发电；系统引言：目前随着节能减排工作的不断深入，低温余热资源的利用成为目前节能工作的首选。

根据调查显示，我国低温余热资源非常丰富，特别是在化工、工业领域中存在大量的低温余热，可回收率达到80%以上。

因此，利用有机朗肯循环发电系统对低温余热进行回收，进而充分回收用能设备与化学反应设备中产生的未被回收的低温余热。

有机朗肯循环系统是利用低沸点工质为循环介质，其主要是利用余热、换热器、冷凝器等进行的。

在有机工质进换热器时可吸收热量，进而形成一定的压力与温度的饱和液体状态，在蒸发器再次吸收热量变成饱和气态工质推动膨胀机运行，做工后的有机乏气（工质）返回储液器循环利用，可实现回收低温余热的效果。

由此可见，有机朗肯循环低温余热发电系统在我国有着较强的应用价值。

本文主要分析有机朗肯循环低温余热发电系统的特点，并提出目前利用现状，以供参考。

1.有机朗肯循环低温余热发电系统阐述1.1有机朗肯循环低温余热发电系统的原理有机工质朗肯循环低温余热的发电原理是采用有机工质作为热力循环的工质进行的，通过有机工质对低温余热进行吸收从而产生高压蒸汽，在高压蒸汽下可推动膨胀机带动发电机进行发电[1]。

有机朗肯循环系统研究综述

有机朗肯循环系统研究综述引言：随着全球对环境保护和可持续发展的关注不断增加，研究人员们对能源利用效率的提高提出了更高的要求。

有机朗肯循环系统作为一种新型的能量转换技术，在近年来受到了广泛的关注和研究。

本文将对有机朗肯循环系统的研究现状进行综述，探讨其在能源领域的潜力和应用前景。

一、有机朗肯循环系统的基本原理有机朗肯循环系统是一种利用有机工质代替传统的水蒸汽工质的能量转换系统。

其基本原理是通过有机工质在高温和低温之间的相变过程来实现能量的转换。

相比于水蒸汽工质，有机工质具有更低的沸点和更高的蒸发潜热，因此在相同的工作温差下，有机朗肯循环系统具有更高的效率和更广泛的适用性。

二、有机朗肯循环系统的研究进展近年来，有机朗肯循环系统的研究进展迅速。

研究人员们通过对不同有机工质的选择和优化，实现了对系统效率的提升。

同时，他们还对循环参数进行了优化，如循环压力、温差、工质流量等，以最大限度地提高能量转换效率。

此外，还有研究者利用多级蒸发器和冷凝器的组合，实现了对系统效率的进一步提升。

三、有机朗肯循环系统的应用领域有机朗肯循环系统在能源领域具有广泛的应用前景。

一方面，它可以应用于热能利用，将废热转化为有用的电能或机械能，提高能源利用效率。

另一方面，它还可以应用于太阳能和地热能的开发利用，实现对可再生能源的高效转换。

此外，有机朗肯循环系统还可以应用于化工、制冷空调等领域，提高工业过程的能源利用效率。

四、有机朗肯循环系统的挑战与展望虽然有机朗肯循环系统在能源领域具有广泛的应用前景，但仍然存在一些挑战需要克服。

首先，有机工质的选择和优化仍然是一个关键问题，需要更深入的研究和实验验证。

其次，系统的稳定性和可靠性也是一个重要的考虑因素，需要通过合理的控制策略和设备设计来解决。

此外，还需要进一步优化系统的经济性和环境友好性，以提高其在实际应用中的竞争力。

结论：有机朗肯循环系统作为一种新型的能量转换技术，具有广阔的应用前景。

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

有机朗肯循环低温余热发电系统综述
有机兰肯循环是一种利用低温热能发电的技术。

它的主要特点是在低温区域中利用液
态有机物的汽化热，产生高压蒸汽驱动涡轮机发电。

与传统的蒸汽兰肯循环相比，有机兰肯循环的优点在于能够利用温度更低的热源进行
发电，如工业余热、地热、太阳能热等，因此具有广泛的应用前景。

有机兰肯循环的基本工作原理是将液态有机物在低温区通过加热蒸发成气态有机物，
将其压缩成高压气体，然后通过涡轮机将其扩张，产生功率。

与传统的蒸汽兰肯循环不同，有机兰肯循环利用的是液态有机物的汽化热，因此其工作温度范围更低，可以利用低温热
源进行发电。

在有机兰肯循环系统中，液态有机物是循环流体，通过蒸发、压缩和冷凝等过程，完
成能量的转换。

有机兰肯循环系统主要包括蒸发器、压缩机、冷凝器和发电机等组件。

其中，蒸发器是将低温热源传递给液态有机物的关键部件，压缩机则将蒸发出来的气态有机
物压缩成高温高压气体，进而将它们输送至涡轮机中进行劳动。

有机兰肯循环的适用范围非常广泛，可以应用于各种低温热源的能量利用，如污水处
理厂、钢铁冶炼厂、医院、矿山、地热发电等。

其中，工业余热是最大的低温热源之一，
利用有机兰肯循环发电可以实现工业节能减排，促进经济可持续发展。

总之，有机兰肯循环是一种利用低温热能的高效、环保的发电技术。

随着科技的不断
发展和应用的不断拓展，有机兰肯循环将在能源领域发挥越来越重要的作用。

有机朗肯循环热电联供系统的实验研究

ＰＥＩＧａｎｇ，ＷＡＮＧＤｏｎｇｙｕｅ，ＬＩＪｉｎｇ，ＬＩＹｕｎｚｈｕ，ＪＩＪｉｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＴｈｅｒｍａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
ｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｃｏｍｂｉｎｅｄｈｅａｔａｎｄｐｏｗｅｒ（ＣＨＰ）ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｔｅｓｔｔｈｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｎＯＲＣ— ＣＨＰｓｙｓｔｅｍ，ｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｈｅａｔｓｏｕｒｃｅａｔｌｏｏ￣Ｃａｎｄｔｈａｔｏｆｔｕｒｂｉｎｅｗａｓｔｅｈｅａｔｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ２１．６ — ４８．７ ℃ ．ＴｈｅｏｖｅｒａｌｌｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＯＲＣ— ＣＨＰ９６一９７，ｐｏｗｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ４．４一５．１，ａｎｄｈｏｔｗａｔｅｒｈｅａｔｇａｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ９１一９２ａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｏｖｅｒａｌｌｅｘｅｒｇｙ

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

有机朗肯循环低温余热发电系统综述有机朗肯循环低温余热发电系统是一种利用废热能源进行发电的环保技术。

近年来，随着环保意识的增强和可再生能源的发展，有机朗肯循环低温余热发电系统受到了越来越多的关注。

本文将对该技术的原理、应用及发展进行综述，以期为读者提供一个全面的了解。

我们来了解一下有机朗肯循环低温余热发电系统的原理。

朗肯循环是一种热力循环系统，利用废热源（例如工业废气、废水等）进行发电。

其基本原理是利用工质的相变特性来实现热能到机械能的转换，从而产生电能。

有机朗肯循环系统是指采用有机工质作为工作流体的朗肯循环系统，通过蒸汽与液体相互转化来实现能量转换。

这种系统可以在低温条件下工作，通常在100摄氏度以下，适合于废热能源的利用，因此受到了广泛应用。

有机朗肯循环低温余热发电系统的应用领域非常广泛。

它被广泛应用于工业生产中的废热利用。

许多工业生产过程中产生大量的废热，而有机朗肯循环低温余热发电系统可以充分利用这些废热资源，实现能源的再生利用。

该技术也可以用于地热能利用。

地热能是一种清洁的可再生能源，利用有机朗肯循环低温余热发电系统可以更加高效地利用地热资源，为地热能发电提供了一种新的途径。

有机朗肯循环低温余热发电系统也可以应用于生活热水的供应、空调系统的能量回收等领域，为社会能源供应和环保做出重要贡献。

有机朗肯循环低温余热发电系统的发展也备受关注。

随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，有机朗肯循环低温余热发电系统的性能和效率得到了大幅提升。

目前，研究人员致力于开发更加高效的有机工质，以提高系统的发电效率和稳定性。

也在改进系统的工艺流程和设备设计，以满足不同应用场景的需求。

有机朗肯循环低温余热发电系统在智能化和自动化方面也有了很大的进展，使其在实际应用中更加方便和可靠。

有机朗肯循环低温余热发电系统是一种环保、高效的能源利用技术，具有广阔的应用前景和发展空间。

随着对可再生能源的需求不断增加，相信这项技术将会在未来得到更加广泛的应用和推广。

有机朗肯循环的热力学分析

图 2 R245fa 为工质的 ORC 系统的温－熵图 Fig． 2 T － S Thermodynamic diagram of ORC
system for R245fa
在正常工作时，工质处于稳定流动状态，各热
力过程及能量关系如下（以单位质量工质为基准）［7］．
（ 1）等压吸热过程（ 4 － 5 － 6 － 1）．有机工质
示．工质在蒸发器中从低温热源中吸收热量产生有机蒸汽，进而推动膨胀机旋转，带动发电机发电，在膨胀机中做完功的乏气进入冷凝器中重新冷却为液体，由工质泵打入蒸发器，完成一个循环．
图 1 有机朗肯循环余热发电系统原理图 Fig． 1 Schematic diagram of ORC waste heat
的不可逆损失，需减少各热力过程的有温差传热和摩擦损耗，即选取高效传热的蒸发器和冷凝器及设计
制造适合有机工质的膨胀机；在冷凝器入口前加装回热器，可有效减少传热温差引起的不可逆损失，加
装回热器后整个系统的热效率提高了 0. 32% ．研究结果可供有机朗肯循环系统设计作参考．
关键词：热力学；余热发电；有机朗肯循环；分析
－ wP － h4
=
h1
－ h2s －（ h1 －
h4 h4
－
h3 ）
（ 5）
在实际的热力循环中，所有过程都是不可逆
的．尤其是有机蒸汽在膨胀机内的膨胀过程（ 1 －
以 R245fa 为工质回收利用 100 ℃ 左右的低
品位热源进行发电时，结合工程实际、各热力设备
的性能，选取了如下的操作参数作为计算工况：膨
有机工质在回收显热方面也有较高的效率，

微型有机朗肯循环热电系统动力透平的设计与研究

微型有机朗肯循环热电系统动力透平的设计与研究李新禹;吴宪天【摘要】针对微型有机朗肯循环（organic rankine cycle，简称 ORC）热电系统在热力循环参数方面与传统系统的不同，设计了一种小型动力透平.通过利用 CFD 软件进行仿真模拟，分析了叶轮流场内气体的压缩量、分子流速以及在动叶表面压力分布的变化情况，其变化趋势均与设计预估相符；提出了一种针对转子动能效率的求解方法，经验证设计方案具有可行性，透平气动性能良好，在稳定工况下动能效率可达到73.86%.%A small powerturbine for micro organic rankine cycle (ORC) thermoelectric system is designed according to the differences of thermodynamic cycle parameters from traditional systems. The compression, velocity and pressure on the turbine rotor blades in flow field are analyzed by using the CFD simulation, and a method of calculating the average aerodynamic efficiency of turbine rotor blades is proposed. Thus, the result is verified that the design is feasible, and the aerodynamic performances of the turbine is great. The aerodynamic efficiency of the turbine can reach 73.86% in a stable working-condition.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P74-79)【关键词】微型有机朗肯循环热电系统;动力透平;仿真模拟;动能效率【作者】李新禹;吴宪天【作者单位】天津工业大学机械工程学院，天津 300387;天津工业大学机械工程学院，天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TK262透平是有机朗肯循环系统实现热电转换的核心设备，其性能优劣直接影响整个系统的热效率.目前世界范围内现有的ORC系统主要以大型厂房式作业为主，热功转换环节主要使用大型汽轮机组，而少数小型ORC系统主要选用技术较为成熟的高转速涡轮.针对应用于热电循环系统的动力透平，学者们已经做了大量的研究工作[1-3]：本文针对一种将大型车辆尾气作为余热源，使用R134a作为循环工质的微型ORC热电系统，运用设计参数筛选法设计了一款小型动力透平，并按照1∶1比例实现了CAD三维建模.利用CFD软件对透平内部三维流动情况进行仿真计算，分别对叶轮流场内的气体流速和压缩程度、压力分布以及叶面压差做出分析，并提出了一种针对叶轮动能效率的计算方法.利用这种算法可以对透平在设计工况下的性能作出较为准确的分析.微型ORC热电系统由蒸发器、冷凝器、工质泵和蒸汽透平4部分组成.工作流程如图1所示.在蒸发器中，低沸点有机工质通过与余热流体换热，蒸发成高温高压的蒸汽；蒸汽进入透平后膨胀做功，将自身部分能量转化为透平主轴转动的机械能，带动发电机发电，进而将机械能转化为电能；工质蒸汽从透平排出后进入冷凝器，在冷水中放热，凝结成液态，储存在储液罐中，再由工质泵把储液罐的液体工质打入蒸发器中，完成一次循环.2.1 透平类型的选择热功转换过程中依据气流方向，可将透平分为轴流式和径流式.微型ORC系统在透平设计方面要求整体尺寸小型化，同时兼顾气动性能，防止效率低下.在透平类型的选择上，如果还使用轴流式透平，不仅加工成本过于高昂，还会使叶片长度过短，数目过多，导致余速损失过大.不仅如此，在转速和质量流量相同的情况下，径流式叶轮机械也具有更高的比功传输能力[4].因此，本文针对微型ORC热电系统所设计的动力转换装置为径流式透平.2.2 透平尺寸参数的热力计算衡量透平设计的2个重要的综合指标是透平转子的动能效率和比功率，在设计中需要结合微型ORC系统内气态工质的焓值变化趋势以及在透平中流动的气流速度矢量，分别对透平内部流场进行热力学计算和速度三角形分析.微型ORC系统中，有机工质代替常规工质作为热力循环媒介，工质自身热物性与一般的水蒸气存在一定差异，加之系统整体尺寸小型化，造成循环工质具备以下特点：循环流量较小、流速有所提高、膨胀比适中、焓降较小[5].在透平级内，工质的流动具有粘性、非连续和非定常的特点.为了简化设计流程，通常将复杂的三元流动简化为定常、绝热的一元流动问题.通过筛选法，针对影响轮周效率的设计参数进行分析，选取适当的反动度、速度比、入口气流角以及出口气流角作为已知参数，进行热力学计算[6]，最终得到详细的尺寸参数.在设计参数取值方面，透平级内的反动度在导向喷嘴和叶轮流道中都存在膨胀，透平机壳成为反动级，故反动度取值0.6[7]；喷嘴速度系数由设计经验证明其取值范围位于区间0.7<φ<0.95，考虑到喷嘴出口焓值必须大于饱和焓值，该范围缩小至0.7<φ<0.885，通过轮周效率与该参数的函数曲线最终选取数值为0.88；同理，在冲动级速度系数的选取上也采用一样的方法.在反动度一定的前提下，轮周效率与速比呈现先增大后减小的峰值变化趋势，但最佳速比的设计方法往往忽略方案的实际可行性，在轴承极限转速的限制下，速比数值选取0.2；轮径比相比其他参数对设计影响较小，在提升效率方面作用不大，因此多从加工工艺方面进行考量，采用经验取值的方法.通过以上分析，最终得到透平的气动设计参数如表1所示.利用这些参数进行相关的热力学计算，得到透平的几何尺寸如表2所示.为了便于之后的CFD仿真计算，本文使用三维建模软件Proe对透平主要部件进行建模，之后定位装配，得到如图2所示透平模型.在径流式叶轮机械内部，工质气体高速流动.这种流动在理想条件下满足质量守恒、动量守恒和能量守恒三大定律.工质本身为牛顿流体，可认为流体体力只由重力组成，连续方程为[4]：式中：ρ为流场内流体平均密度；V为控制体体积.动量方程为[4]：能量方程为[4]：式中：Φ为粘性应力产生的耗散功；为稳态下的导热.4.1 单体叶片流场及有限元模型本文使用与CFD软件Flunet6.3联动的Ansys gambit下turbo tool功能模块进行有限元网格划分.该模块是针对旋转机械特别设计的，可以通过导入中间格式的单体叶片三维模型，在明确透平机壳、叶轮轮毂、动叶叶尖、流场进出口以及叶片总数等位置条件和参数条件的前提下，建立旋转叶片的周期型流场区域，从而进行网格划分.文中三维模型文件为PROE5.0环境下保存的stp格式，建立流场区域为H型网格划分如图3，叶片后缘点和前缘点为区域划分起始点，进出口边界与透平机壳和叶轮轮毂的交点为划分终点.图4为单体叶片流场有限元模型，其中网格划分为277 452个单元，网格类型为四面体网格.4.2 气动仿真条件设置在Fluent6.3运行环境下读入三维网格后，设置湍流模型为标准模型，湍流粘度系数为0.05，近壁面摩擦系数为0.33.流场入口设置为稳定工况条件下的压强入口，流场出口设置为参数可变动的压强出口，初始条件参数根据以大型车辆尾气作为余热源的微型ORC系统热力循环计算得出，其具体数据如表3.流场内流体物理条件根据工质蒸气R134a自身热物性设置饱和气体密度、粘度和导热系数为关于温度变量的函数，写入UDF命令.4.3 仿真结果分析CFD软件运算结束后，连续方程、动量方程、能量方程以及相关的流体分子速度曲线均成功收敛.透平动转子内部流场在边界条件和UDF编程指令的共同约束下未出现任何运算错误，经Fluent6.3运算环境下旋转机械功能模组turbo tool统计，透平稳定运行起始时间为气体工况稳定后4.3 s，主轴获得动力转矩16.69 N，稳定工况下转速3 234 r/min.工质流量与透平主轴转速符合文献[1]中实验所得到的变化趋势，相比文献[1]以小型径流式涡轮作为动力转换装置，依靠外部加工提高机壳承压能力，从而实现ORC系统运行，本文所设计的透平在运行模拟中表现更为稳定可靠，叶轮内部流场更为规律.图5为工质流量与透平主轴转速在气体输运方程约束下的理论值与仿真数值比较.其数值差异主要来自透平初始状态工况下动叶由静止达到稳定转速之前产生的余速损失和惯性能耗[4].图6和图7为动叶表面压力分布云图，流体在动叶压力面上的分布在主轴方向上与叶片中线径向曲率半径的大小成正比[8].尤以53%叶高处最为明显，压力大小分布随曲率半径数值的变化而呈现先增大后减小的趋势，在曲率半径最大为5.34 mm处达到最大值，最大值为0.053 86 MPa.而在动叶吸力面上，压力分布在同一叶高处也呈现随径向尺寸先增大后减小的变化趋势，但并不随曲率半径的变化而变化，并且在不同叶高处变化规律差别较大，在38%叶高和98%叶高处压力分布的极值差异最大，变化梯度最为明显，气体分子在叶片表面形成的压力最大值分别为-0.042 19 MPa和-0.041 83 MPa.从气体分子对动叶表面形成的压力分布可以分析得出：工质气体在叶栅通道内对叶片压力面产生一定冲动力，与此同时气流本身具备不同程度的上旋和下旋趋势，并在径向方向上形成涡旋流动.数据结果表明，流体在曲率半径最大处和叶片两端都形成了较大的压差，流体给叶片表面的冲动力最强.图8和图9分别给出在50%叶高处，叶片表面压力分布数据以及吸力面与压力面形成的压差分布数据.压差最大值出现在距离旋转轴径向位移为0.031 2 m处，与叶片中线曲率半径最大处所在位置非常接近.在动叶两端，流体在叶片表面形成的压差主要来自吸力面所受压力，而在曲率半径最大处，压差则主要来自压力面所受压力.在动叶不同叶高处，截取流场马赫数分布云图如图10所示.可以直观看到气体工质在15%叶高处压缩最为明显，并且压缩主要存在于靠近流场出口端的叶片吸力面一侧.随着叶片高度的提升，压缩量不断减小，同时压缩区域沿叶片吸力面向流场入口方向移动.在压缩范围上，流场内部的工质气体在叶高较低处压缩更为集中，压缩区域径向尺寸较大，这种趋势随着叶高的不断提升呈现先减弱后回升的趋势，在叶高较高处，气流的压缩区域在径向位置上有所偏移，压缩范围相比中间区域在面积上有明显增加.由叶栅气流通道在不同叶高处的气体压力分布云图如图11所示.由图11可以看出：一方面，在叶片压力面上，流体压力呈现逐渐增大后再减小的趋势，这一趋势在50%叶高处表现最为明显，并沿叶高方向向叶片两端逐渐减弱；另一方面，流体在吸力面靠近流场出口的一端形成反向的冲动力，随着叶片高度的不断增加，压力最大值出现的区域不断向流场出口端移动，压力的强度逐渐弱化，变化范围也逐渐分散.流体在动叶压力面除了呈现径向流动的特征以外，还具有一定的上旋流动特征，伴随着叶片高度的增加，这种流动逐渐减弱；同时，在叶片吸力面一侧，流体分子的流动出现了一定的下旋和前移趋势，形成涡旋流动，这就造成了动叶内部的二次流动损失.图12为流场内工质气体在不同叶高截面处的流速线图.气体流速在叶片两侧沿径向位移的变化趋势与气体本身的压缩量变化相近，但变化幅度由叶高较低处向较高处逐渐放缓，同时在径向尺寸上随叶高提升而减弱的趋势不太明显.动叶动能效率的计算公式为[6]：式中：p2为动叶流场出口静压；p*w2为动叶流场出口相对总压；p*w1为动叶流场入口相对总压.在动叶流场中，处于不同叶高处的截面在流场出口处和入口处的压力大小各不相同，同一截面内压力大小的变化趋势也不相同.本文采用的方法是：分别将动叶流场进出口平面沿叶高方向分为21个截面，取各个截面内动叶流场的出口静压和进出口相对总压的平均值，采集数据后代入公式（4）进行计算，从而得到透平动叶的动能效率.流场中出口静压和进出口相对总压的数值大小沿径向位移的变化情况如图13至图15所示.在动叶流场中，出口气流静压沿叶高方向逐渐减小，在大约70%～80%叶高处出现一端短暂的回升，之后继续减小，这是因为气体在叶片两侧的压力分布在不同叶高处的最小值差距并不大，并且出现位置相对集中在这一区域.动叶流场出口气流的相对总压在50%～55%叶高处出现最大值，入口的气流相对总压则呈现递减趋势，但从总体上看基本保持平稳，变化范围很小，区间差大小不超过0.009 MPa. 通过数值计算得到透平动叶不同叶高处的动能效率数据如图16所示.由于动叶流场中沿叶高方向的上下两端能量损失较大，使得叶片中间部分效率最高，这与之前对流场内气体在动叶表面形成的压力分布以及分子流速变化的分析相吻合，进一步验证了本文对于气体工质在透平级内实现热功转换过程中气动特性的分析.透平动叶在该工况下的最大动能效率为78.82%.采用平均值法，最终得到此动力透平转子的动能效率为73.86%，略低于设计过程中预期的轮周效率[4]，但偏差在可接受的范围内.本文针对某特定微型ORC系统，使用参数筛选法设计了一款小型透平，并基于Fluent6.3运算平台对其在预计工况条件下的运行情况进行了仿真模拟.在计算公式的理论指导下，给出了一种求解透平转子动能效率的方法——平均值法.结合该算法和计算机仿真结果，分析得到以下结论：（1）设计方案具有可行性，所设计透平气动性能良好，工质流量与主轴转速之间的关系符合文献[1]中实验得到的趋势，并且与理论计算相符，两者之间的差值来自动叶起始状态流场内产生的余速损失和惯性能耗.（2）流场内气体工质将自身能量转化为透平主轴机械功的过程中，气体压缩情况、分子流速以及在叶片表面形成的压力分布都呈现出符合流场规律的趋势.（3）由于叶栅流场中气体自身的涡旋流动和叶片顶部间隙的存在，使热功转换的过程中产生能量损失，透平转子的动能效率受到限制.【相关文献】[1]李昀竹，裴刚，李晶，等.小型涡轮在有机朗肯循环系统中的性能测试与分析[J].热能动力工程，2012，27（1）：29-31.[2]FIASCHI Daniele，MANFRIDA Giampaolo，MARASCHIELLO Francesco.Thermo-fluid dynamics preliminary design of turbo-expanders for ORC cycles[J].Applied Energy，2012，97（1）：601-608.[3] KANG S H.Design and experimental study of ORC（organic Rankine cycle）and radial turbine using R245fa working fluid [J].Energy，2012，41（1）：514-524.[4]杨策.径流式叶轮机械理论及设计[M].北京：国防工业出版社，2004.[5]徐杰，李新禹，谷操，等.有机朗肯循环最佳再热压力的确定[J].天津工业大学学报，2009，28（6）：83-85.[6]朱大鑫.涡轮增压与涡轮增压器[M].北京：机械工业出版社，1992.[7] 黄飞，章东骏.向心透平的叶片造型设计[J].上海汽轮机，2000（3）：34-38.[8]黄庆宏.汽轮机与燃气轮机原理及应用[M].南京：东南大学出版社，2005.。

有机朗肯循环系统研究综述

有机朗肯循环系统研究综述
有机朗肯循环系统是一种新型的能源转换技术，它利用有机物质作为工作流体，通过循环过程将热能转化为机械能或电能。

近年来，随着环保意识的增强和对可再生能源的需求不断增加，有机朗肯循环系统逐渐受到人们的关注和研究。

有机朗肯循环系统的工作原理是利用有机物质在高温下蒸发产生蒸汽，然后通过膨胀机将蒸汽压缩成液体，再通过冷凝器将液体冷却成为高压液体，最后通过节流阀将高压液体放松成低压液体，完成一个循环过程。

这个过程中，热能被转化为机械能或电能，实现能源的转换。

有机朗肯循环系统具有很多优点，比如可以利用低温热源进行能量转换，具有较高的热效率和环保性，可以应用于各种能源转换场合。

同时，有机朗肯循环系统也存在一些挑战和难点，比如有机物质的选择和性能优化、系统的稳定性和可靠性等问题。

有机朗肯循环系统的研究主要集中在以下几个方面：一是有机物质的选择和性能优化，包括有机物质的热物性、稳定性、可再生性等方面的研究；二是系统的设计和优化，包括循环过程的优化、热交换器的设计、系统的控制和监测等方面的研究；三是应用领域的拓展和应用案例的研究，包括有机朗肯循环系统在太阳能、地热能、生物质能等领域的应用案例研究。

有机朗肯循环系统是一种具有广阔应用前景的新型能源转换技术，它可以为人类提供更加环保、高效、可靠的能源解决方案。

未来，有机朗肯循环系统的研究将继续深入，为能源转换领域的发展做出更大的贡献。

论述有机朗肯循环的太阳能热发电

论述有机朗肯循环的太阳能热发电我国具有丰富的太阳能资源，随着化石能源的枯竭，开发利用可再生清洁能源意义尤为重大。

目前，世界上太阳能发电技术主要有光伏发电和聚焦型太阳能热发电（Concentrating Solar Power，CSP）。

CSP具有效率高、成本低等诸多优势，从长远的角度看比光伏发电更理想。

太阳能热发电，不消耗化石能源，无污染，是清洁能源发电的代表，具有广阔的发展前景。

太阳能低温热发电技术简单、管理成本低，具有很强的竞争力。

按循环形式不同，CPS可分为Rankine（朗肯）循环、Brayton（布雷顿）循环、Stirling（斯特林）循环。

其中朗肯循环应用较为广泛，可用于太阳能发电、工业余热发电、地热发电、生物质能发电和海洋温差能发电等方面。

1 有机朗肯循环系统模型有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC）可利用集热器、换热器、泵、汽轮机、发电机等设备实现太阳能到电能的转换。

ORC具有使高温高压工质蒸汽转化为为低温低压工质蒸汽的汽轮机，利用蒸汽做功进行发电，从汽轮机中排出的蒸汽在凝汽器中冷却、液化，在经过泵加压后重新在蒸发器中加热蒸发成为高温高压蒸汽。

ORC采用有机工质（如R134a）,工质在蒸发器中吸收低品位热能，历经液态加热、沸腾、过热三个阶段进入汽轮机，膨胀后推动汽轮机做功，并转化为电能。

ORC一般用于从低温热源吸热，固一般采取较小的过热度，若采用绝热工质则需保证一定的过热度。

定义系统的发电效率为：，其中Wf为发电机发出的电能；Wx为系统内部消耗的电能；Q吸为工质从太阳能集热器吸收的热能。

制约太阳能低温朗肯循环发电的主要因素是热效率低、成本高、没有合适的循环工质。

汽轮机排出的工质乏气直接进入冷凝器，大量的冷凝热被排到大气，严重影响系统的热效率。

因此，有机朗肯循环的经济性直接决定于循环工质的热力学性质，开发有效利用工质冷凝热，选择安全可靠的新型工质，对太阳能朗肯循环技术的发展至关重要。

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

有机朗肯循环低温余热发电系统综述【摘要】有机朗肯循环是一种利用低温余热发电的系统，本文就有机朗肯循环低温余热发电系统进行了综述。

首先介绍了系统的工作原理及基本原理，包括通过有机工质在低温下蒸发、膨胀驱动发电机发电的过程。

然后探讨了该系统在不同领域的应用及优势，如工业生产和暖通空调系统等。

接着分析了系统的组成及关键技术，如有机工质的选择和循环器件设计等。

对系统性能进行了深入分析，并列举了一些实验研究的案例。

最后展望了有机朗肯循环低温余热发电系统的发展趋势和前景，指出该技术在未来具有广阔的应用前景。

本文全面介绍了有机朗肯循环低温余热发电系统的相关内容，为读者对该技术有了更深入的了解。

【关键词】有机朗肯循环、低温余热发电系统、工作原理、应用领域、优势、系统组成、关键技术、性能分析、实验研究、发展趋势、前景展望、综述。

1. 引言1.1 有机朗肯循环低温余热发电系统综述有机朗肯循环低温余热发电系统是一种利用低温余热能源进行能量转化的热电联合发电技术。

其基本原理是通过有机工质在低温下蒸发和冷凝来驱动发电机发电。

有机朗肯循环低温余热发电系统具有能源高效、环保、可持续等特点，在工业生产、生活热水供应和能源回收利用等领域有着广泛的应用前景。

在应用领域和优势方面，有机朗肯循环低温余热发电系统可以广泛应用于钢铁、化工、制药、纺织等行业的工业余热回收利用，同时也可以用于地热能利用和生活热水供应等领域。

其主要优势在于能够有效降低碳排放、节能减排、并具有较长的使用寿命。

有机朗肯循环低温余热发电系统是一种具有巨大潜力和发展空间的热电联合发电技术，其在能源利用效率、环境保护和可持续发展等方面具有重要意义。

随着技术的不断进步和市场需求的增加，有机朗肯循环低温余热发电系统将在未来得到更广泛的应用和推广。

2. 正文2.1 工作原理及基本原理有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）是低温余热利用的一种重要方式，其工作原理和基本原理如下：有机朗肯循环是一种热力循环系统，其基本原理是通过利用低温热源（一般为低于200摄氏度的余热）来加热有机工质，使其蒸发产生高温高压蒸汽，然后通过蒸汽驱动涡轮发电机工作，最终将热能转化为电能。

有机朗肯循环系统设计

有机朗肯循环系统设计一､有机朗肯循环简介有机朗肯循环利用100-350℃的废气作为热源在换热器中加热朗肯循环工质,朗肯循环工质在换热器中蒸发为高压蒸气,该蒸气推动低速气动马达输出动力,低速气动马达的设计转速为1000r/min｡通过液力变矩器直接将动力输出至压缩机曲轴｡该系统可以在减小气耗的前提下达到同样的输出气量｡最为关键的是这部分机械能为随时起停压缩机提供了动力和装置｡二者联合运行可以极大地减少燃气消耗量｡朗肯循环工质高压蒸气在低速气动马达中做功后压力降低,成为低压蒸气,然后进入冷凝器放热后成为低压液体,低压液体经过工质储存罐后经流量泵加压,然后再进入换热器｡冷凝器为空冷式,采用引风机抽引常温空气,以加强换热效果｡高温废气压缩机引风机二､换热器设计1.每月废气能够提供的总能量假设每月由燃气式天然气压缩机产生987.5吨320℃､含水的废气,所能提供的总能量由废气温差放热和水的相变放热两部分组成｡假设换热器中废气侧压力为1atm,废气放热后出口温度为30℃｡假设甲烷在空气中完全燃烧,则天然气燃烧过程可以近似表示为[1]:CH4+ 2O2 + 7.52 N2 CO2+ 2H2O + 7.52 N2由化学反应方程可得废气中CO2､H2O､N2的体积浓度为0.095､0.19､0.715,经计算可以得到三种成分相对应的质量浓度分别为0.09117､0.07091､0.837925｡987.5吨/月320℃废气的理论放热量为518170.5MJ/月,即放热功率为200kW｡1500吨/月､500吨/月320℃废气的理论放热量为787094.4 MJ/月､262364.8 MJ/月｡2.制冷剂选择可以选择氟利昂作为朗肯循环工质｡氟利昂的优点:无毒,不燃烧,对金属不腐蚀;绝热指数小,因而排气温度低;具有较大的分子量,适用于离心式制冷压缩机｡其缺点是:部分制冷剂(如R12)的单位容积制冷量较小,因而制冷剂的循环量大;密度大,流动阻力较大;吸水性差,所以,系统必须保持干燥;价格较贵,极易渗漏又不易被发现｡由于采用空气冷却式冷凝器,所以,工质的冷凝温度至少应比当地夏季最高日平均气温高3~5℃左右｡假设当地夏季日平均温度最高为25℃,则所选用工质的标准沸点应高于28℃｡可以考虑选用的工质有如下几种:（1）R30,二氯甲烷,CH2Cl2,标准沸点40.7℃,凝固温度-96.7℃;R30,高毒性,中等可燃｡（2）R10,四氯化碳,CCl4,标准沸点76.7℃,凝固温度-22.9℃｡R10,高毒性,不可燃｡（3）R123,二氯三氟乙烷,CHCl2CF3,标准沸点27.9℃,凝固温度-107℃｡R123,高毒性,不可燃｡本计算中选用R123作为工质｡3.换热器类型换热器采用燃气式天然气压缩机废气加热R123,得到R123蒸气｡换热器设计采用直接蒸发式,非满液型,采用翅片管结构｡选用Φ12mm 的铜管,肋片采用铝,绕片管式肋片｡肋片厚度0.2mm,肋高度为10mm,肋间距4mm｡铜管正方形顺排布置,管间距S=25mm｡肋片管束外废气侧的放热系数按下式计算[2]:14.054.0)()(--==ff b n ff S h S d CRe S Nu λανff S u Re max =minmax A Vu =fy bf f bA dS h S d A )]21(1[1min δ+-=式中,顺排,圆肋片C=0.104, n=0.72; f S 为肋片间距;ν为废气的运动粘度,m 2/s;fyA 为换热器迎风面积,m 2;1S 为铜管水平方向间距,m;f δ为肋片厚度,m;h 为肋片高度,m ｡公式中,定性温度为管束中液体的平均温度,特征速度为管束最窄截面处流体的流速,特征尺度为肋片管间距｡废气平均温度为175℃,查得烟气的/sm 10325-⨯=ν,K)W/(m 1079.32•⨯=-λ,3m /kg 8.0=ρ,K)kJ/(kg 09.1•=p c ｡假设废气在换热器进口处的流速为1m/s ｡铜管套片后的管外径为12.4mm mm )2.0212(20=⨯+=+=f b d d δ铜管内径 11.3mm mm )35.0212(20=⨯-=-=t i d d δ当量直径 mm 83.54==UAd eq 最窄截面处空气流速 m/s 09.2max =u 废气侧的雷诺数 16.406max ==feqf d u Re ν75.3==λαf S NuK)W/(m 53.352•==fS Nu λα废气侧当量表面传热系数 K)W/(m 353512•=..α987.5吨/月320℃废气的放热功率为200kW ｡假设换热器的蒸发负荷为180kW ｡设R123质量流速为140kg/( m 2•s) ｡27.9℃时,R123的潜热为170.6kJ/kg ｡设R123进入蒸发器时的干度x 1=0.16,出蒸发器时的干度为x 2=1.0｡则R123的流量为:2561160016170180120.)..(.)x x (Q q m =-=-=γ kg/sR123的总流通截面积3109781402561-⨯===..g q A m m 2 每根管的有效流通截面积00010401130143414322...d .A i i =⨯== m 2蒸发器的分路数 78900010008970...A A Z i ===取Z =90 可设计三组该种换热器,每组蒸发器的分路数为30组｡每一分路的R123流量 0140.Zq q md ==kg/s R123在管内蒸发时表面传热系数可按下式计算:K)W/(m 72234300202060•=.cr.i.m .i )p p (d q q.αK)W/(m 11002•=i α。

有机朗肯循环-热泵（ORC-HP）联合系统性能分析

有机朗肯循环-热泵（ORC-HP）联合系统性能分析摘要：内燃机中大部分的尾气余热没有被充分利用，内燃机的热效率还有待提高。

本文提出了一种新型余热有机朗肯循环-热泵系统（Organic Rankine Cycle-Heat Pump，简称ORC-HP），用以回收内燃机尾气余热，提升内燃机的热效率。

以该循环为研究对象，应用MATLAB、REFPROP等商用软件分析运行参数对ORC-HP循环系统、热效率、净输出功的影响。

关键词：内燃机；有机朗肯循环；热效率；净输出功1引言能源是经济和社会发展的基础。

我国进入了高质量发展阶段，需要高质量能源体系的支撑，“能源革命”新战略应运而生。

我国的能源消费结构已有了较大改善，但在某些方面存在问题，主要有能源结构不合理，能源利用率较低等[1]。

未来我国经济持续发展，一次能源生产总量还会继续增加，因此开发新能源和节能减排仍然是极其重要的工作。

由于我国人口数量较大，私家车、公共交通工具等保有量巨大，合理利用尾气余热能够降低能量浪费和改善环境质量。

目前在尾气余热利用方面国内外已取得较为成熟的技术，例如废气涡轮增压技术、涡轮发电技术、温差发电技术、改良燃料技术等[2]。

有机朗肯循环能充分利用尾气余热，发挥有机工质临界温度较低的优势，已在内燃机尾气余热利用获得较为广泛的应用。

2有机朗肯循环模型2.1 ORC-HP循环系统原理由图1可知两循环共用一个蒸发器。

内燃机排出的高温尾气将进入蒸发器有机工质1加热至过饱和状态。

该过饱和蒸汽可分为两部分，一部分进入有机朗肯循环，另一部分进入热泵循环。

对有机朗肯循环来讲，过饱和蒸汽在膨胀机做功后，乏气进入冷凝器，在ORC冷凝器中冷凝至饱和液体状态4，后进入工质泵中。

对热泵循环来讲，过饱和蒸汽进入压缩机中继续压缩，使其温度和压力进一步提高到达状态9，在热泵循环的冷凝器冷凝到饱和液体状态，后进入膨胀阀。

该系统温熵图如图2所示。

图1有机朗肯循环简图图2 ORC-HP温熵图2.2 ORC-HP热力学模型根据图2可以计算ORC-HP系统的性能参数。

车用内燃机不同工况作业下有机朗肯循环系统性能研究

96研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2020.12 (下)内燃机作为车辆行驶中石油资源主要消耗机械结构，其热效率指标的控制备受人们的重视。

据了解，内燃机在作业期间，冷却水和排气释放出大量能量，对环境造成污染，如何回收此部分能量，加大对能量的利用率成为当前重点研究内容。

有机朗肯循环系统的提出，为内燃机余热能量回收研究开辟了新的路径，本文依据此系统作业原理，设计一套针对内燃机余热回收的系统，并探究不同工况下的系统性能。

1 车用内燃机有机朗肯循环系统1.1 系统概述本系统主要由工质泵、冷凝器、柴油机、储液罐、蒸发器、冷却器、膨胀机7部分组成，工作原理如下：利用系统中的储液罐储蓄有机工质，借助工质泵抽取有机工质，经过加压处理后转入蒸发器。

该器皿将吸收此部分蒸汽能力，将其转化为高温高压气体。

蒸发器与膨胀机连接，经过处理后的气体经转入膨胀机，起到驱动作用，膨胀机开启作业模式，将有机工质推入冷凝器。

选取水冷或者风冷中的一种处理形式，将气体冷却为饱和体液，并存储至储液罐。

按照此工作原理循环处理，能够回收大量内燃机释放能量。

1.2 工质特性本系统作业容易受有机工质影响，所以在选取有机工质车用内燃机不同工况作业下有机朗肯循环系统性能研究王振平（中油电能热电一公司，黑龙江大庆 163000）摘要：为了深入探究车用内燃机在不同工况下的可用排气能量变化特点，本文选取有机朗肯循环系统作为处理工具，设计内燃机余热能量回收系统。

通过布设不同工况，检验系统性能。

模拟检测结果表明，任何工况条件下，R416A 工质有用功提升率均大于R245fa 纯工质有用功提升率，并且R416A 工质下系统净输出功率更大。

因此，选取R416A 工质设计的系统性能更佳。

关键词：内燃机；R416A；R245fa中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）12（下）-0096-02时，需要综合考虑环保、安全等多项指标，综合对比下，选取一种适合应用于系统能量回收处理的材料。

有机朗肯循环系统孤网运行的实验研究

2017年第36卷第10期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3577·化工进展有机朗肯循环系统孤网运行的实验研究曹泷，刘秀龙，张鸣，徐进良（华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室，北京102206）摘要：针对孤网环境下有机郎肯（ORC ）系统的实际应用，以R245fa 为工质，采用单螺杆膨胀机与同步发电机同轴联动，设计集成了一台10kW 级的小型ORC 机组，并以10.5kW 的卤素灯阵作为孤网负载，就地消耗机组输出的电能。

实验中在115℃热源条件下通过调整负载容量改变ORC 系统的运行工况，对不同负载与膨胀机转速下ORC 系统性能进行实验研究。

实验数据表明：单螺杆膨胀机的性能较为优良，其等熵效率最大值为84.1%，随负载及膨胀机转速的增加而减小。

工质泵的实际运行效率为8.31%～19.10%，其等熵效率随负载及转速增大而变大，最大值为73.97%。

工质泵的机械效率较低，仅为19.22%～36.82%，与负载及膨胀机转速之间没有明显关系，较低的机械效率是工质泵实际运行效率偏低的主要原因。

机组电功随负载及膨胀机转速的增加而增大，最大发电量与发电效率分别为5.86kW 与7.38%。

关键词：有机朗肯循环；孤网；R245fa ；单螺杆膨胀机；系统集成中图分类号：TK11+5 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）10–3577–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0194Experimental study of an integrated organic Rankine cycle system underisolated network operating conditionCAO Shuang ，LIU Xiulong ，ZHANG Ming ，XU Jinliang（Beijing Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer for Low Grade Energy ，North China Electric PowerUniversity ，Beijing 102206，China ）Abstract ：The test results of a 10kW integrated organic Rankine cycle （ORC ）system with R245fa as the working fluid under isolated network operating condition were presented in this paper. A single screw expander was integrated in the system to drive the synchronous generator to generate electric power. The 10.5kW halogen lamp array was used as the load to consume the generated electric power. Two independent parameters ，the load capacity and the expander speed ，were varied during the test. The ORC system characteristics were analyzed at the heat source temperature of 115℃. The experimental data showed that the single screw expander performed very well. The maximum expander isentropic efficiency was 84.1%，which decreased with increase of load and expander speed. The maximum isentropic efficiency of working fluid pump was 73.97%，which increased with the increase of load and expander speed. The mechanical efficiency of the working fluid pump was only 19.22%—36.82%，and had no obvious relationship with the load and the expander speed. The generated electric power increased with the increase of load and expander speed. The maximum generated electric power and the electrical efficiency were 5.86kW and 7.38%，respectively. Key words ：organic Rankine cycle ；isolated network ；R245fa ；single screw expander ；system integration利用技术研究。

1kW有机朗肯循环教学实验装置的设计及搭建

1kW有机朗肯循环教学实验装置的设计及搭建摘要:针对新工科专业建设，设计及搭建了一个适用于能源与动力工程专业本科教学、有机朗肯循环发电量测试的实验装置。

该平台由冷媒泵、烟气换热器、涡旋膨胀机、发电机组、冷凝器、过冷器、冷却水泵、干燥过滤器以及阀件等部件组成。

采用转速仪测试膨胀机转速，并通过力控组态软件采集温度、压力及流量信号，分析膨胀机做功及ORC系统性能。

该平台丰富了测试技术、工业余热回收利用测试实验台等内容，为学生应用测试技术、掌握系统开发、设计及运行创造了实验条件，提高了学生的实践能力。

关键词:本科教学；有机朗肯循环；涡旋膨胀机；工业余热为培养造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力支持和人才保障，2017年教育部提出了“新工科理念”。

根据专业认证要求，四年制本科工程教育的基本定位是培养学生解决“复杂工程问题”的能力[1-3]。

实践教学是培养学生解决复杂工程问题的重要环节[4-7]。

综合实验项目是复杂工程问题的载体，连接了实践、工程和理论。

另一方面，我国工业能源利用的热效率很低，存在大量低品位余热以中低温排烟、排气、排水等方式废弃[8]。

经合理估计，可回收的工业企业及民用建筑的余热资源总量至少达1500～2000Mt标准煤[9]，且利用余热资源的增量污染排放几乎为零[10]，回收工业余热可以有效缓解不可再生能源的消耗，也可以减少环境的污染。

因此，本文建立1kW有机朗肯循环教学实验装置，采用转速仪测试膨胀机转速，并通过力控组态软件采集温度、压力及流量信号，分析膨胀机做功及ORC系统性能。

利用有机朗肯循环发电系统实现低品位能源的利用，有利于学生了解能源动力类装备的运行过程及基本原理。

该实验装置对培养能动专业开发、设计、运行等领域卓越工程科技人才有很大帮助，为学生掌握系统运行基本原理创造了实验条件，提高了学生的实践能力。

一、实验系统及工况实验系统如图1所示。