噴射式動力循環的熱力學研究

《噴射式動力循環的熱力學研究》是依託天津大學，由李新國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：噴射式動力循環的熱力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李新國
• 依託單位：天津大學

項目摘要

課題提出噴射式有機朗肯循環（EORC）與噴射式卡林那循環（EKalina），其中，EORC包括：蒸汽引射型噴射式有機朗肯循環（VEORC），和液體引射型噴射式有機朗肯循環（LEORC）。針對這三種新型動力循環：VEORC、LEORC和EKalina，課題開展熱力學研究。相對於基準循環ORC與Kalina，加入噴射技術的新型動力循環熱力學性能的變化與影響；噴射器是噴射式動力循環的核心，研究噴射器性能（被引射壓力、引射係數及噴射效率等）對噴射式動力循環性能的影響，及（氨水）液－汽型噴射器的研究；和開展EORC的實驗研究與噴射器性能的實驗研究。.研究目標：分別建立新型動力循環（VEORC、LEORC和EKalina）的熱力學循環，循環構成，及其理論與套用方案。相對於基準循環ORC與Kalina，加入噴射技術新型動力循環的熱力學性能的提高程度與優勢。

結題摘要

由於中低溫熱能的熱功轉換能力與效率低，制約了常規動力循環的套用與發展。針對常規動力循環，如有機朗肯循環（organic Rankine cycle, ORC）與卡林那循環（Kalina cycle），本項目提出在常規動力循環基礎上增設噴射器，採用噴射器引射膨脹機的排汽，達到降低膨脹機背壓，以提高膨脹機的做功能力，構建噴射式動力循環，包括噴射式有機朗肯循環EORC，噴射式跨/超臨界朗肯循環ETRC/ESRC和噴射式卡林那循環EKalina。為進行對比性研究，還提出了雙級膨脹有機朗肯循環（DORC）。對噴射式動力循環的循環構型、循環原理與循環性能開展熱力學研究；研究噴射器性能（被引射壓力、引射係數及噴射效率等）對噴射式動力循環性能影響。 研究得到：基於ORC的三種循環的淨輸出功排序為DORC＞EORC＞ORC，熱效率排序為ORC＞DORC＞EORC。熱力學第二定律分析，㶲效率排序為DORC＞EORC＞ORC。跨/超臨界朗肯循環中的淨輸出功排序為ESRC＞ETRC＞SRC＞TRC，熱效率排序為TRC＞SRC＞ESRC＞ETRC。EKalina循環的輸出功與熱效率均高於基本Kalina循環。噴射器性能中：混合壓力和引射係數一定時，工作流體的引射能力隨工作壓力的增大不斷提高，能夠引射更低壓力的引射流體，最大引射係數和噴射效率隨工作壓力增大逐漸增大。另外，研究發現ORC中工質循環存在一淨功轉折線與對應的熱源轉折溫度，當熱源溫度高於該熱源轉折溫度時，工質的循環淨功不再具有極大值，而是隨蒸發溫度單調上升，這對工質選擇具有指標性作用。 研究結果表明：噴射式動力循環的熱力學性能高於其對應的基本循環。這對低溫熱能的轉換與利用增添了套用與發展的潛力與途徑。另外，噴射式動力循環作為新型循環形式對熱力循環的研究提供了新思路與參考，具有理論意義與價值。 項目研究發表國際刊物SCI論文5篇，EI論文4篇（不包括SCI論文），核心期刊論文1篇；授權發明專利2項。 項目研究完成了項目的預定指標，達到了項目的預期研究目標。