有机朗肯循环辅助分析软件设计

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近年来,化石能源的日趋减少严重阻碍了人类文明进步的步伐,而且随着人们环保意识的增强,环境问题也受到广泛关注。十二五期间,国家大力提倡节能减排、新能源的开发也刻不容缓,对于一些破坏环境的污染源,逐渐受到法令的限制,如工厂所排放的废热。在工业界里,当废热低于某温度值时,其转换成动力的效率会大幅降低,面对低焓值的热源,使用有机工质当作朗肯循环的工作流体,此热循环称作有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC),应用有机流体的特殊热力性质,可以有效的回收废热。  本课题以热力学、传热学、流体力学等理论为分析基础,并结合已有研究成果设计一个可用于低品位热能ORC的计算机辅助分析软件系统,为有关科研和工程设计人员提供优化分析和设计的参考,以提高ORC系统研究和设计的科学性、可靠性和效率。  首先,对ORC的辅助分析软件的开发背景进行了叙述,对低品位热能回收的机理和评价指标的国内外研究概况进行了阐述。应用软件工程理论和方法对ORC辅助分析软件做了需求分析,设计了软件的功能模块层次结构图。  其次,结合ORC系统评价和循环参数优化方面的国内外已有研究成果和趋势,建立ORC热力计算模型,总结目前已有的评价指标。  再次,在技术方面,以Access为数据库,设计ORC系统有机物的典型特性数据库,由于有机工质的反应特性,应考虑到可选的蒸发器、冷凝器材料的相容性,并设计两者之间的相容性判断,帮助用户选择参考;在计算方面,以Visual C++6.0为开发平台,详细分析工质物性查询软件REFPROP的接口程序,并调用该软件提供的动态链接库计算有机工质的物性;在软件界面方面,基于MFC(Microsoft Foundation Classes,微软基础类库)对软件操作窗口界面等模块进行可视化设计。  最后,利用所设计的软件并结合部分已经实现的代码功能对某低温热源喷射式冷电联产系统的实例模型进行计算与分析。该系统以100℃以下的地热水作为热源,选取5种有机物作为循环工质,同时满足发电和制冷的需要。提出以换热器的总面积与输出有效能之比值(Area Power Ratio, APR)以及膨胀机入口比体积与输出有效能之比值(Volume Power Ratio, VPR)为目标函数,对系统的经济性进行分析,并对所选有机工质进行比较筛选。结果表明:在电冷比r=0.5的情况下,存在最佳冷凝温度Tc=30℃左右和最佳制冷蒸发温度Te=8℃左右,且有机工质R600作为最优工作工质;低温热源喷射式冷电联产系统适宜电冷比较低的场合。
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