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朗肯循环系统的改进和优化及其循环效率的提高是热工学领域的研究热点之一。本文研究以超临界CO2为工质的太阳能朗肯循环系统,利用工质泵和集热器将CO2转变为超临界状态,从而推动做功元件做功,同时利用热回收系统回收热量。从理论和实验两方面,分别对影响朗肯循环效率的热力学参数进行分析和测试,并对超临界CO2在水平管中的传热行为进行模拟研究。选取CO2、水、四氟乙烷三种具有代表性的典型工质,在相同工况条件下,分别对朗肯循环的过程参数进行计算。计算结果表明,以超临界CO2为工质的朗肯循环效率是以水和四氟乙烷为工质的循环效率的2至5倍。对于以CO2为工质的朗肯循环系统,本文通过改变集热器的加热温度、做功元件的压力降和高压侧压力等参数,分别对朗肯循环系统的性能进行研究。结果表明,升高加热温度可显著提高循环性能；午间太阳辐射量最大,可获得最佳的循环性能；减小做功元件压力降或升高高压侧压力,可获得较高的循环总效率,但相应的净输出功会随之减少。做功元件压力降对净输出功的影响远大于高压侧压力的影响,此外,较小的压力降或较高的高压侧压力可有效地减少工质泵的功耗。建立了以超临界CO2为工质的朗肯循环实验系统,测试了循环系统的热力参数,并与理论计算结果进行比较,实验结果与理论结果基本吻合。在保证同样净输出功的条件下,做功元件压力降越小,高压侧压力越高,循环总效率越高。本文得出了一种典型工况的实验结果：加热温度为100℃,压力降为10-6.5 MPa,循环总效率为20.58%。以太阳能集热器面积为10 m2进行估算,年平均节省石油消耗379.881,减少C02排放量1276.73 kg,证明此循环具有潜在的应用价值。超临界CO2在太阳能集热管中的传热对朗肯循环系统至关重要,传热效率的高低直接影响朗肯循环系统的性能。利用CFD软件对超临界CO2在水平管中的传热过程进行数值模拟,对超临界CO2流体传热性能的影响因素进行分析。计算结果表明,增加水平管中超临界CO2的质量流量,提高超临界CO2的压力,或太阳辐射量的增强均能有效提高超临界CO2在水平管中的传热系数。此外,超临界CO2在临界点附近物性参数的急剧变化对其传热特性的影响较大。