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有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,简称ORC)作为中低温热源利用的热-功转换技术,在新能源(太阳能、地热能以及生物质能等)利用和余热回收领域极具应用前景。ORC实验研究对于验证理论模型及ORC发电系统的推广应用具有重要作用。本文在改进ORC实验台基础上,首先对纯工质ORC系统在冷/热源设计工况及偏离工况下的运行性能进行研究;随后,开展实验探索换热器在变工况下的运行特性及其换热面积对ORC系统性能的影响;最后,实验研究采用R1234ze(E)/R245fa作为非共沸混合工质的ORC系统在设计工况及偏离工况下的运行特性,并与纯工质ORC系统的性能进行对比,研究主要集中在以下三方面。首先,为了研究纯工质ORC换热设备及系统运行特性,在实验系统改造基础上,开展了ORC系统稳定性测试;在冷/热源温度分别为130℃和20℃、膨胀机转速为1500rpm下,通过改变系统工质流量(0.1-0.16 kg/s),实验研究工质流量对ORC各关键部件及系统性能的影响,获得了换热设备、膨胀机、工质泵及系统运行特性随工质流量的变化规律;研究了变工况(热源温度为120-140℃;冷源温度为15-25℃;工质流量为0.1-0.16 kg/s)下,采用纯工质R245fa的ORC系统中关键部件的运行特性及系统的性能,获得了换热设备、膨胀机、工质泵和系统的运行性能在不同外部工况(冷/热源温度)和内部工况(工质流量)下的变化规律。结果显示:随着冷热源温差的增大,系统净功和热效率均逐步升高,当冷热源温差达到125℃时,系统净功和热效率达到峰值,分别为2.05 k W和4.67%。增大冷热源之间的温差有利于提高ORC系统的净功和系统热效率,却导致系统?效率的降低。研究结果有利于指导纯工质ORC系统在最佳工况下运行,提升系统的全周期综合运行性能。其次,为了研究换热设备对ORC系统运行性能的影响,采用6组不同的换热器组合作为系统的换热设备,分别在冷/热源设计工况(热源温度为130℃;冷源温度为20℃)和冷/热源偏离工况(热源温度为120-140℃;冷源温度为15-25℃)下,研究不同面积换热设备的运行特性,并对比采用不同换热器组合ORC系统的运行性能,获得了设计/偏离工况下,不同面积换热设备的传热和运行特性,以及换热面积对ORC系统运行性能的影响规律。研究结果显示,换热设备的等效总传热系数随换热面积的增大而呈下降趋势;随着换热设备面积的增大,系统净功和热效率的变化分别达到9.44%和7.91%,换热面积对ORC系统性能具有显著的影响。增大换热设备的面积虽然能在一定程度上提升系统的净功和热效率,但同时将削弱换热设备的传热性能,导致换热面积利用率下降。研究结果明确了换热设备对ORC系统运行性能的影响,对于系统评价及换热设备的设计和选型具有指导意义。最后,为了探索非共沸混合工质ORC换热设备和系统的运行特性,采用R1234ze(E)/R245fa作为工质,并且在不同工况(热源温度为100-130℃;冷源温度为10-25℃;工质流量为0.1-0.16 kg/s)下,研究非共沸混合工质ORC的运行特性,获得混合工质ORC中换热设备、膨胀机、工质泵和系统性能随外部工况(冷热源温度)和内部工况(工质流量)的变化规律;同时,在设计工况下对比R245fa纯工质系统和R1234ze(E)/R245fa混合工质系统的运行性能,获得不同工质流量下两种系统的性能差异。结果表明,采用R1234ze(E)/R245fa的ORC系统更适用于冷源、热源温度较低的工况;当流量增大到0.16 kg/s时,混合工质ORC系统的净功和系统热效率相比于纯工质系统分别提升13.8%和9.5%。与纯工质ORC系统相比,非共沸混合工质系统更适用于冷/热源温度较低,而工质流量较高的工况。研究结果确定了新型工质R1234ze(E)/R245fa的适用工况,有利于指导非共沸混合工质ORC系统在最佳状态下运行。