基于非共沸混合工質(zhì)的新型冷電聯(lián)合循環(huán)及組份分離特性研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源所帶來的環(huán)境問題日益凸顯。盡可能提高能源使用效率是解決該問題的重要方案之一，因此許多學(xué)者提出了冷電聯(lián)合循環(huán)。這類聯(lián)合循環(huán)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級利用，提升能源的轉(zhuǎn)換效率，而且可以充分利用工業(yè)余熱，地?zé)岬鹊蜏責(zé)嵩?<200℃)?；谟袡C(jī)朗肯循環(huán)與噴射式制冷的冷電聯(lián)合循環(huán)就是其中非常重要的一種，該循環(huán)不僅可以充分利用低溫?zé)嵩?，而且結(jié)構(gòu)簡單，自耗能少。然而此類傳統(tǒng)的噴射冷電聯(lián)合循環(huán)若使用純工質(zhì)，蒸汽發(fā)生器和冷凝器中的

2、換熱過程會(huì)產(chǎn)生非常大的火用損。
　　有鑒于此，本文首先分析了該循環(huán)使用非共沸混合工質(zhì)時(shí)的熱力性能。研究了不同工質(zhì)組份對循環(huán)的影響，評估了循環(huán)火用效率對關(guān)鍵熱力參數(shù)的敏感性。結(jié)果表明，傳統(tǒng)的噴射冷電聯(lián)合循環(huán)（循環(huán)C）若使用非共沸混合工質(zhì)，將比純工質(zhì)具有更高的火用效率。隨著工質(zhì)組份的變化，循環(huán)的熱力性能也會(huì)隨之變化。在組份 MFt=50％時(shí)，循環(huán)火用效率最大，熱效率最小，制冷量最少，引射率最低，分別為9.77%，7.92%，43.11

3、kW和0.063。但是，過小的引射率也會(huì)使得循環(huán)的工程實(shí)現(xiàn)難度增大。熱力參數(shù)影響分析表明，蒸汽發(fā)生溫度、冷凝溫度和制冷蒸發(fā)溫度都對循環(huán)的熱力性能有著重要的影響，其中前者對于循環(huán)火用效率的影響更為顯著。
　　在循環(huán) C的基礎(chǔ)上，提出了基于非共沸混合工質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)與噴射式制冷循環(huán)相結(jié)合的新型冷電聯(lián)合循環(huán)。該循環(huán)具有兩種形式：循環(huán)A與循環(huán)B。膨脹機(jī)出口的混合氣體被部分冷卻為氣液兩相，在氣液分離器中被分為組份不同的飽和汽與飽和液。在循

4、環(huán) A（循環(huán) B)中，飽和液（汽）與飽和汽（液）分別進(jìn)入發(fā)電循環(huán)和制冷循環(huán)。對比發(fā)現(xiàn)，循環(huán)B比循環(huán)C有著更大的制冷量，更高的火用效率和熱效率。蒸汽發(fā)生溫度，制冷蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，膨脹比以及冷凝器出口干度都對循環(huán)性能有著重要的影響。
　　針對新型聯(lián)合循環(huán)中的重要部件氣液分離器，本文引入一種新型的T型分離機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可利用氣液兩相工質(zhì)在其中氣液分離不均的特性，實(shí)現(xiàn)氣液分離，可對于非共沸混合工質(zhì)進(jìn)行組份分離。文中對氣液兩相的純工質(zhì)和混

5、合工質(zhì)在此T型管中的氣液分離特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，并非所有的工質(zhì)都可以在T型管中實(shí)現(xiàn)氣液分離。R600a在T型管中幾乎是等干度地分流至兩個(gè)出口，R601的上下兩個(gè)出口的工質(zhì)干度有著微小的差別，而非共沸混合工質(zhì) M在分離器中的分離效果最為明顯，在部分工況下，甚至可以實(shí)現(xiàn)完全的氣液分離與組份分離，而提高冷卻水入口的溫度，會(huì)弱化兩個(gè)出口的干度、組份的差異。
　　此外，本文對有機(jī)工質(zhì)在T型管中的壓降也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，T型