有机朗肯循环(ORC)是回收低品位工业余热促进节能减排的重要技术手段,过去十年间大量学者对循环本身进行研究,取得了丰富的成果。但是目前该技术尚未大范围推广,还有若干关键问题比如如何减小ORC机组与热源换热中的不可逆损失、如何在考虑换热匹配的影响下选择合适的工质、如何评价热源对机组主要部件蒸发器及膨胀机之间(火用)损分布及匹配的影响等亟待解决。对于低温非恒温热源驱动的动力系统,热源条件及其与循环的相互作用显然对系统性能有重要影响。本文的目的正是研究此类热源对工质筛选及循环性能的影响。非恒温热源驱动的ORC,蒸发器中的(火用)损情况对机组性能具有重要影响,但是目前换热过程的匹配程度与不可逆损失之间还没有明确的量化关系,因此本文尝试建立两者间的联系,从而为通过控制换热路径实现控制不可逆损失提供理论基础。有机工质的定压比热容在临界区发生突变,在质量流量一定时,T-Q图上的换热过程线斜率在临界区附近有明显变化,这为利用变比热控制换热路径提供了可能。本文第二章首先通过推导换热过程积分温差及无量纲(火用)温度的表达式建立了换热路径与换热不可逆损失之间的联系,证明了积分温差与不可逆损失之间的拟线性关系,将对不可逆损失的衡量转化为对积分温差的衡量。之后提出利用工质比热变化改善换热匹配的模型。对于固定两侧流体出入口温度的换热器,计算了流体变比热对换热积分温差的影响,提出可使换热过程不可逆损失最小的比热组合,对于减小ORC机组与热源换热中的不可逆损失有一定指导意义。目前对于亚临界循环的最佳工质尚无统一结论,对于热源的影响及关键物性的影响讨论不足。本文以增大输出功及减小积分温差为目标,为亚临界及跨临界循环建立工质筛选准则。第二章数学推导时没有采用实际的工质物性及压力等参数,而第三、四章根据热力学定律建立模型,以REFPROP 9.0数据库中的实际物性为基础进行热力学计算。首先研究有机工质在100~300°C热源条件下,亚临界饱和蒸汽基本循环中的表现,以输出功和换热器面积为筛选指标,同时考虑毒性、可燃性、环境影响等因素。计算发现,临界温度Tc低于热源入口温度Tgas,in的工质,不同的Tc对输出功影响明显,Tc高于Tgas,in的工质,不同的Tc对输出功的影响不明显。能够提供最大输出功的工质,是T-S图上包络线与热源线相切或接近相切的工质,其临界温度低于热源入口温度15~25K。其它物性对循环热效率的影响规律较分散,仅考虑输出功时临界温度可以作为工质筛选准则。第四章利用约束热源出入口温度的热力学模型,计算工质在非恒温热源驱动的跨临界ORC中的表现,分析蒸发器内窄点温差及工质物性对循环性能的影响。结果表明,Tc低于烟气出口温度的工质,及Tc高于0.88倍烟气入口温度的工质,临界温度是循环效率的主要影响因素;Tc在上述范围之间的工质,干湿性对循环效率影响显著,湿工质效率明显高于干工质。所有循环中,该临界温度范围内的湿工质热效率最高。Tc高于0.88倍烟气入口温度的工质,窄点温差可能出现在蒸发过程中或蒸发器出口,从热力性能角度看,窄点出现在蒸发过程中的循环明显优于窄点出现在蒸发器出口的循环。改变热源入口及出口温度不会影响上述结论。以上二至四章主要关注了热源对蒸发器的影响,没有考虑蒸发器与膨胀机之间的联系。热源影响蒸发器内的(火用)损,而蒸发器与膨胀机间又存在(火用)损匹配问题。近期有文献报道显示积分温差会影响膨胀机效率,并由此影响机组整体效率。为了反映热源对蒸发器及膨胀机之间(火用)损分布及匹配的影响,提出了将膨胀机效率假设为无量纲积分温差的函数的热力学模型,用数值模拟的方式复现以R123为工质采用涡旋膨胀机的ORC实验过程,在给定蒸发器面积及换热量、热源入口温度等条件下,计算热力学循环中的各状态点参数及输出功、热效率、(火用)效率等系统性能,并对采用积分温差决定膨胀机效率的模型及以膨胀机效率为定值的模型结果进行比较,分析了存在使系统性能最佳的无量纲积分温差的原因,反映出非恒温热源与ORC的换热匹配不仅影响蒸发器(火用)损,也会影响膨胀机的性能,将膨胀机效率视为无量纲积分温差的函数的模型比将其作为定值的模型计算结果更符合实际。