有机朗肯循环系统(organic Rankine cycle,简称ORC)凭借其热功转换效率高、系统相对简单紧凑以及经济效益显著等卓越的技术优势,被认为是实现低品位余热能回收利用的有效途径之一,并在众多领域得到了广泛的研究与应用。国内外学者针对ORC系统中的换热器和膨胀机进行了大量的研究工作,但目前针对ORC系统中工质泵的研究工作较为匮乏。工质泵主要的作用是为ORC系统提供所需的工质流量和蒸发压力,而提高系统蒸发压力对改善系统整体性能及各部件性能均起着极其重要的作用。同时,工质泵也是ORC系统中主要的耗能部件,其性能直接影响ORC系统的净输出功率和热效率。目前,在ORC系统中对工质泵的研究主要采取理论假设的方式,通过假设工质泵所能达到的蒸发压力匹配所需要的工质流量来研究ORC系统的性能。而实际过程中由于ORC系统所能达到的蒸发压力及相应的工质流量均是由工质泵自身性能决定的,所以两者并不能任意匹配;工质泵的理论计算输入功率主要是通过工质流量与工质在工质泵进出口焓差乘积的数值来计算或直接忽略,这将导致工质泵理论计算输入功率严重低于实际输入功率。在对ORC系统工质泵的研究中,工质泵的运行参数要随工况点的变化而改变,没有通过实验验证的理论假设值不能反应出ORC系统的实际性能变化情况,无法客观反映工质泵对ORC系统的性能影响情况。因此,对工质泵变工况下各运行参数的协同变化规律进行探究具有重要的现实意义。本文针对低品位余热能回收利用领域中工质泵研究较少的现状,以提高ORC系统的净输出功率为目标,对工质泵的运行性能和匹配特性进行了系统研究。首先,在模拟ORC系统的工作环境下,搭建了工质泵性能测试平台。通过对四种典型的工质泵(多级离心泵、液压隔膜计量泵、旋涡泵、旋喷泵)变工况下运行参数变化规律及相互影响情况进行实验研究,得到不同工况下工质泵特性曲线,并深入研究各运行参数之间的协同变化规律。通过理论分析,揭示变工况范围内四种工质泵的工质流量、压力、输入功率等因素对ORC系统性能的影响规律及最佳匹配特性等。进一步结合相关实验数据,搭建ORC系统中工质泵的人工神经网络模型,并采用遗传算法进行极值寻优,以获得最优的工质泵运行参数以满足ORC系统变工况的需求。本文基于简单ORC系统的热力学模型,理论分析了冷凝温度和过冷度对工质泵输入功率及泵功指数的影响规律。研究发现:随着冷凝温度的降低,工质泵输入功率虽呈现出上升的趋势,但泵功指数下降使ORC系统整体性能得到改善;过高的过冷度使工质泵输入功率及泵功指数均呈现出显著上升趋势,不利于ORC系统性能的提升。其次,以工质泵性能测试平台实验结果为依据,研究了不同转速下四种工质泵的出口压力对质量流量、比转速、输入功率和实际运行总效率等关键运行参数的影响规律。探究了变工况下降低工质泵输入功率的控制方法。分析发现:四种工质泵的比转速均随着工质泵出口压力的增加而降低,并且提高工质泵转速可使工质泵工况点的比转速及工质质量流量均呈现出上升趋势;在所研究的四种工质泵中,液压隔膜计量泵输入功率在0.12-0.36 kW范围内变化,相比其他三种工质泵更为节能,并且降低液压隔膜计量泵转速及出口压力可降低其输入功率;多级离心泵的实际运行总效率较高,最高可达到59.96%;四种工质泵的实际运行总效率均因工况不同而变化。可通过协调控制泵的出口压力和转速,以满足变工况时ORC系统对循环工质流量和系统蒸发压力的需求。基于四种工质泵变工况下运行性能分析结果,理论分析了工质泵中?损率、ORC系统中泵功指数、净输出功率、热效率和吸热率等系统运行参数随工质泵变工况运行的变化规律。研究发现:四种工质泵?损率均随着转速的增加而增加;使用多级离心泵的ORC系统泵功指数的平均值最低仅为0.07,其余三种工质泵的泵功指数平均值均达到0.12,在实际应用中,应尽量避免系统泵功指数过大的情况;使用液压隔膜计量泵的ORC系统净输出功率随着出口压力及转速的增加而增加,使用其余三种工质泵的ORC系统净输出功率均随着出口压力的增加呈现出先增加后减小的变化趋势。总之,液压隔膜计量泵适用的有机朗肯循环系统热源功率相对较低,而多级离心泵适用的有机朗肯循环系统热源功率较高。在实际应用中,应协调控制工质泵出口压力和转速,以使ORC系统净输出功率最大化。