【摘 要】
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随着世界经济的发展,能源要求的矛盾越来越突出,为了降低未来气候变暖的进程,“碳达峰碳中和”的理念随之而出。有机朗肯循环作为一个可以将低品位能量转换为高品位能量的发电技术,具有重大的发展价值。面对目前有机朗肯循环效率低以及和成本环境间不协调等问题,本文开展了对双级蒸发有机朗肯循环系统的目标优化,并且还对纳米工质进行物性分析。主要结论如下:（1）双级蒸发串联有机朗肯系统的构建和参数分析。通过改变高压循
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随着世界经济的发展,能源要求的矛盾越来越突出,为了降低未来气候变暖的进程,“碳达峰碳中和”的理念随之而出。有机朗肯循环作为一个可以将低品位能量转换为高品位能量的发电技术,具有重大的发展价值。面对目前有机朗肯循环效率低以及和成本环境间不协调等问题,本文开展了对双级蒸发有机朗肯循环系统的目标优化,并且还对纳米工质进行物性分析。主要结论如下:（1）双级蒸发串联有机朗肯系统的构建和参数分析。通过改变高压循环蒸发温度、低压循环蒸发温度、冷凝温度、高压循环过热度、窄点温差和质量流量,研究其对系统性能的影响。随着R245fa质量分数的增大,净输出功和热效率先减小后增大再减小,（火用）效率先增大后减小,LEC先增大后减小再增大。随着高压循环蒸发温度的增大,（火用）效率呈现先增大后减小的趋势,LEC呈现先减小后增大的趋势。（火用）效率和热效率随低压循环蒸发温度升高而升高,随冷凝温度降低而降低。LEC随低压循环蒸发温度的升高,先减小后增大,随冷凝温度的升高而增大。随着高压循环过热度和窄点温差的增大,（火用）效率不断降低,热效率呈下降趋势。LEC随着高压循环过热度和窄点温差的增大而增大。随着质量流量的升高,蒸发器的换热系数会随之变大。在同一质量流量下,R245fa/isobutane的换热系数最大。随着热源温度的升高,换热系数也越大。（2）双级蒸发串联有机朗肯系统的热环境优化。通过对系统的（火用）效率、LEC和ECE进行多目标优化,实现效率、成本和环境的多效协同。在仅考虑系统的热力学性能和经济性能的情况下,R245fa/pentane拥有最高的（火用）效率59.37%,对应的LEC为0.3488$/k Wh;R245fa/R236ea拥有最低的LEC,0.3016$/k Wh,对应的（火用）效率为57.92%。综合热力学性能指标、经济和环境指标,R245fa/R141b拥有最高的（火用）效率60.03%,对应的LEC和ECE分别为0.327$/k Wh和13.79kg CO2eq/k Wh;R245fa/R236ea拥有最低的LEC和ECE,0.299$/k Wh和13.31kg CO2eq/k Wh,对应的（火用）效率为58.22%。R245fa/R141b综合性能最好,在达到较高的（火用）效率时,其LEC和ECE也相对较低。（3）纳米有机工质有机朗肯循环系统热力分析。通过改变质量流量、蒸发温度、冷凝温度、过热度和窄点温差,研究其对系统性能的影响。并在不同热源温度下,对比纳米有机工质与原工质的换热量。研究发现,随着质量流量的增加,黏度呈现减小的趋势。不同纳米工质减小的幅度不同,其中R245fa/isopentane的降幅最大,R245fa/isobutane的降幅最小。随纳米工质质量流量的增加,纳米影响因子也快速增加,而后增加趋势减缓。其中R245fa/pentane的增幅最大,R245fa/isobutane的增幅最小。各组纳米工质在蒸发温度85℃～95℃之间时存在最大净功率。其中,Cu0.1%R245fa/isobutane的净功率最大,为14.39k W,Cu0.01%R245fa/pentane的净功率最小,为11.91k W。R245fa/pentane、R245fa/isopentane和R245fa/R236ea的热效率随着过热度的升高而缓慢减小,而R245fa/R141b、R245fa/isobutane的热效率随着过热度的升高而缓慢增大。对比原工质,纳米工质0.1%Cu的蒸发器和冷凝器的换热量提升了14.1%,0.1%Al2O3的蒸发器和冷凝器的换热量提升了15.02%。纳米工质0.1%Cu的膨胀机和工质泵功率提升了14.03%,0.1%Al2O3的膨胀机和工质泵功率提升了14.98%。
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