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有机朗肯循环(ORC)在利用低焓值余热、可再生能源等方面具有巨大应用前景,但是其冷热源不稳定导致系统长时间处于非标况运行,因此系统效率很低。针对非设计工况有机朗肯循环,纯工质通常通过改变质量流量来调节容量匹配变化的冷热源,这种调节方式非常受限,而混合工质除了改变质量流量还可以通过改变混合工质浓度配比来匹配冷热源的变化,因此本文全面研究了混合工质有机朗肯循环不同工况性能及不同工况下调控策略。开展的工作主要有:(1)对热负荷为100kW的ORC系统进行热力学分析和建模,编写基于Matlab平台的ORC模拟程序;(2)选取七种纯工质作为研究对象:R134a、R152a、R600a、R245fa、R123、R365mfc、R601,对纯工质ORC系统进行不同工况(变热源、变冷源)模拟,研究其系统热力学性能(包括热负荷、输出功和系统热效率)的变化,对比不同工质热力学性能变化差异,为混合工质负荷调节提供参考;(3)模拟混合工质R134a/R123、R600a/R601不同工况下不同循环浓度混合工质ORC的运行特性;(4)根据(3)的结论,模拟多种混合工质在同种工况下的运行特性,对比分析影响热负荷调节能力的因素。主要结果如下:(1)纯工质同种工况特性模拟对比:以热源温度为90℃、热源流量为3kg/s、冷源温度为20℃、冷源流量为2kg/s的工况纯工质模拟结果为例,R134a(沸点最低)热负荷最大,为121.4kW,效率为4.57%;R601(沸点最高)热负荷最小,为36.3kW,效率为10.18%。R152a(沸点仅高于R134a)输出功最大,为7.3kW;R601输出功最低,为3.8kW。不同工质ORC具有不同的运行负荷,同种工况下,纯工质沸点越低,热负荷越大,输出功相对越大,但效率越低。将低沸点高负荷工质和高沸点低负荷工质混合可以起到良好热负荷调节作用同时使系统保持较好的热力学效率。(2)纯工质不同工况特性模拟:以R134a和R601为例。热源温度每升高1℃,热负荷分别升高1983W、1689W,输出功提升166W、256W;冷源温度每升高1℃,热负荷分别降低955W、218W,输出功降低264W、89W;热源流量每增加1kg/s,热负荷分别增加6694W、771W,输出功增加562W、111W;冷源流量每升高1℃,热负荷分别增加1254W、70W,输出功增加373W、30W。低沸点高负荷工质在变工况时热负荷变化范围更大。相对来说热源温度升高时对于高沸点工质输出功增加更大,而冷源温度降低、热源流量增大、冷源流量增大对低沸点工质输出功增加更大。(3)混合工质同种工况特性模拟对比:1)在热源温度为100℃、热源流量为3kg/s、冷源温度为20℃、冷源流量为2kg/s的工况下,通过改变工质的循环浓度,R134a/R123(沸点差为53.89℃)系统热负荷可以从54.1kW变到139.1kW,热负荷调节范围为161.4%;R600a/R601(沸点差为47.81℃)系统热负荷从44.7kW变化为98.2kW,调节范围为121.5%。同种类型制冷剂组成的混合工质负荷调节能力与工质对的沸点差异有关,沸点差异越大,热负荷调节能力越大。2)基于1)的结论,在热源温度100℃、热源流量3kg/s、冷源温度20℃、冷源流量1.5kg/s的工况下进一步模拟了七种混合工质以及三组沸点相近但组成成分不同的混合工质,发现不同类型制冷剂组成的混合工质的热负荷调节能力大于同种类型制冷剂组成的混合工质的热负荷调节能力。(4)混合工质不同工况特性模拟:以R134a/R123为例。热源温度变为110℃时,通过改变循环浓度,R134a/R123系统的热负荷从66.4kW变化到159.7kW,调节范围为140.6%,最大输出功在浓度比为0.6:0.4时取得为10.6kW;热源流量变为5kg/s时,改变循环浓度热负荷从55.8kW变化到151.0kW,变化范围达到170.5%,最大输出功在浓度比为0.7:0.3时取得为9.8kW;冷源温度变为为35℃时,通过改变浓度热负荷从50.3kW变化到126.1kW,变化范围达到150.8%,最大输出功在浓度比为0.6:0.4时取得为5.3kW;冷源流量变为2.5kg/s时,改变循环浓度热负荷从54.4kW变化到143.6kW,变化范围达到164.2%,最大输出功在浓度比为0.8:0.2时取得为9.6kW。热源温度、热源流量、冷源流量升高及冷源温度降低可以提高系统热负荷、热负荷调节能力和输出功提升能力。本文创新性研究变工况下混合工质ORC变浓度调节技术,对混合工质ORC系统变工况性能及混合工质在变工况下的负荷调节作用进行了模拟研究,定量地模拟计算了不同工况下设计系统的热负荷、热负荷变化范围及输出功和热力学效率,丰富了ORC变工况运行理论研究,对实际变工况运行控制与调节具有一定指导作用。