【摘 要】
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超临界压力下的有机朗肯循环（SORC）以其高热效率和高输出功等优点成为工业余热回收领域的主要发展方向之一。超临界循环工质的物性不仅影响系统循环热效率和经济性,还需要满足环保性、安全性和稳定性等方面的要求。HCs工质相比传统的HFCs工质具有较高的临界温度,在超临界换热过程中与热源换热的匹配性更好。丙烷的高临界温度和低临界压力非常适合低温余热的SORC系统,但是具有可燃性,为保证系统安全运行,可考虑
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超临界压力下的有机朗肯循环（SORC）以其高热效率和高输出功等优点成为工业余热回收领域的主要发展方向之一。超临界循环工质的物性不仅影响系统循环热效率和经济性,还需要满足环保性、安全性和稳定性等方面的要求。HCs工质相比传统的HFCs工质具有较高的临界温度,在超临界换热过程中与热源换热的匹配性更好。丙烷的高临界温度和低临界压力非常适合低温余热的SORC系统,但是具有可燃性,为保证系统安全运行,可考虑在丙烷中加入适量的CO2作为阻燃剂形成混合工质用于SORC系统。以混合工质为循环工质的SORC循环系统作为中低温余热转换技术的一个前沿方向。超临界丙烷/CO2在拟临界点区域物性变化剧烈,容易引起换热特性异常。现阶段对非共沸工质换热特性和热物性的研究主要集中于亚临界状态,对于临界点/拟临界点附近换热特性和热物性的实验和理论研究很少,且亚临界条件下建立的理论模型难以精确的预测超临界状态的热物性。因此,研究临界点/拟临界点附近丙烷/CO2混合工质的换热特性和热物性对于提升SORC系统性能及其换热器优化设计具有重要意义。本文实验研究了螺旋管内配比为35.4:64.6和71.6:28.4的丙烷/CO2混合工质加热条件下在拟临界点附近的换热特性;采用数值模拟研究了不同配比、热流密度、质量流量、压力等工况下的丙烷/CO2换热特性;采用分子动力学模拟（MD）对丙烷/CO2（30:70和70:30）二元混合体系的临界点物性进行计算,并从微观角度讨论了丙烷分子与CO2分子间的径向分布函数（RDF）;基于已有的二元相互作用系数关联式,开展了超临界烷烃/CO2二元混合体系在拟临界区域的相互作用系数的理论研究,得到如下结论:（1）实验结果表明在拟临界温度附近,配比71.6:28.4的工质换热系数峰值是配比35.4:64.6的工质的换热系数的2倍,并出现了小幅波动。（2）数值模拟结果表明在模拟工况范围内,丙烷/CO2在配比为30:70时拟临界点以前换热系数最高,在拟临界点以后,配比为70:30的工质换热系数最大。（3）基于分子动力学（MD）模拟,获得不同温度的丙烷/CO2（70:30和30:70）混合体系的密度和定压比热容物性参数,由定压比热容最大值对应的温度得出配比70:30的丙烷/CO2（pc=6.1 MPa）混合体系的临界温度约为355 K,配比30:70的丙烷/CO2（pc=6.8 MPa）混合体系的临界温度约为318.5 K。（4）二元相互作用系数kij随对比温度单调变化,获得预测烷烃/CO2混合体系在拟临界区域的相互作用系数的关联式,该式与实验数据对比,其最小绝对偏差为0.10%,最大绝对偏差为3.09%。
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