热力循环组织及其性能评价方法
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第47卷第9期西 安 交 通 大 学 学 报 V ol.47 No.9 2013年9月 JOURNAL OF XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY Sep. 2013DOI:CE图—一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法席奂,李明佳,何雅玲,陶文铨(西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安)摘要:鉴于当前余热利用循环的系统优劣性评价和工质筛选缺乏合理的、定量的方法和评价准则,以帕累托最优解为基本思想,以多目标函数遗传算法为实现手段,在综合考虑年度经济收益及能量利用效率的基础上,提出了余热利用评价火用效率-年度现金流量双效图(以下简称CE图),给出了CE图的制作方法,分析说明了CE图中各特殊点的意义。
以两种常见的余热利用循环系统——基本有机朗肯循环和内回热有机朗肯循环为例,采用30种常见有机工质为例,在100~300℃之间的不同余热温度下解释说明了所提出的CE图如何用来评价余热利用循环系统的优劣性,以及如何用来进行工质的筛选。
对不同系统、不同工质CE图的对比方法进行了阐述,并且对CE图在余热利用领域的进一步开发利用进行了展望。
关键词:余热利用评价图;评价方法和评价准则;有机朗肯循环;有机工质中图分类号:TK11 文献标志码:A 文章编号:0253-987X(2013)09-0000-00CE Diagram:a Quantitative Evaluation Criterion for Waste Heat Recovery Power System and Working Fluids and Its ApplicationsXI Huan, LI Mingjia, HE Yaling, TAO Wenquan(Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)Abstract:On the basis of the concept of Pareto optimum solution to the multi-object function and the comprehensive considerations of both annual cash-flow and energy utilization efficiency, a double- efficiency diagram of annual cash flow-exergy efficiency (CE) was proposed by the implementation of the multi-objectives genetic algorithm. For the CE diagram, the graphing method was described, and the meaning of endpoints was analyzed. Under 6 different heat-source temperatures ranging between 100 to 300 o C, 30 chlorine-absent working fluids were employed and tested. Typical ORC systems (i.e. basic organicexamples. As a novel method for working fluids selection and thermodynamic system comparison, case studies were then given by segmenting the CE diagrams into different parts. In addition, an outlook for the further applications of CE in the utilization of waste heat was presented.The proposed quantitative method would be applicable to any closed loop waste heat recovery thermodynamic system and working fluids.Keywords: performance evaluation diagram for waste heat recovery; evaluation method and criterion; organic Rankine cycle; organic working fluid工业余热的高效综合利用是实现我国节能减排战略目标的重要途径,也是当前能源领域的热点问题。
热力学中的热机效率与性能提升方法探索热力学中的热机效率与性能提升方法主要可以从以下几个方面进行探索:1.提高热机的热源温度:提高热机的热源温度可以增加热机的效率。
因为热机效率与温度有关,热源温度越高,热机效率就越高。
此外,提高热源温度还可以使热机的产能增加,热机产生的功率也会随之增加。
2.降低热机的废热损失:热机在运行过程中,会有一部分热能转化成废热散失出去,这就是热机的废热损失。
降低废热损失可以使热能的利用率提高,从而提高热机的效率。
降低废热损失的方法包括优化热机的结构,在热机中增加换热器等。
3.提高工作流体的温度:热机效率与工作流体的温度有关。
因此,提高工作流体的温度是提升热力学循环效率的一个关键途径。
一种方法是采用高温气体燃料,例如氧化铈和氢气等。
另一种方法是采用高温液态金属,例如钠或铅等。
这些高温介质可以用来取代标准的水蒸汽循环中的水,以减少热损失并增加热机效率。
4.利用废弃能量:大部分热机在运行过程中都会产生一些废弃的能量,如振动、噪音等。
这些能量往往会被忽略或直接排放到环境中。
如果能将这些废弃的能量有效地利用起来,比如转化为电能或者机械能,将有助于提高热机的性能和效率。
5.采用新型材料和技术:随着科技的发展,新型的材料和技术不断涌现。
将这些材料和技术应用到热机中,可以有效地提高热机的性能和效率。
例如,使用纳米材料改善热机的传热性能,或者采用先进的控制系统优化热机的运行过程。
6.实现能源多元化:由于不同的能源形式在转化效率和环境影响方面各有优缺点,因此实现能源多元化对于提高热机的效率和性能具有重要意义。
例如,可以将太阳能、风能等可再生能源与传统的化石燃料相结合,以实现能源的多元化供应,提高能源利用效率。
因此,开发新型的热机结构是提高热机效率和性能的重要途径。
例如,可以采用先进的制造工艺和材料,设计出更加高效和可靠的热机结构。
7.优化热机运行环境:热机的运行环境也会对热机的效率和性能产生影响。
两级脉冲爆震发动机的理想热力循环及性能分析摘要本文探讨了双级脉冲爆震发动机的理想热力循环和性能分析。
通过分析两级脉冲爆震发动机中汽油-空气混合物的循环,表明它具有优越的热效率,可以有效地提高发动机的性能。
本文还分析了该类发动机的理想燃烧室的温度分布、燃烧室的特性分析和排气量的测试,以及发动机排气温度分析,证实了理想热力循环可以有效地提升两级脉冲爆震发动机的性能。
关键词:双级脉冲爆震发动机、理想热力循环、热效率、性能分析正文1. 引言双级脉冲爆震发动机已成为汽车行业最先进的发动机之一,其优越的性能可以大大提高汽车的发动机性能。
然而,由于汽油-空气混合物的复杂性,燃烧室的温度分布不均匀,并且燃烧的热效率也不高。
因此,本文将探讨双级脉冲爆震发动机在理想热力循环下的性能分析。
2. 理想热力循环理想热力循环是一种对双级脉冲爆震发动机进行性能评估的方法。
它需要仔细观察汽油-空气混合物在发动机燃烧室内部的变化,以及它如何影响发动机的性能。
通过仔细分析汽油-空气混合物循环,可以得出理想热力循环能够有效地提高燃烧的热效率,从而大大提高两级脉冲爆震发动机的性能。
3. 理想燃烧室特性分析分析理想燃烧室的温度分布,以便更好地了解发动机的性能。
由于发动机的燃烧室采用双级脉冲爆震发动机技术,使得汽油-空气混合物在燃烧室内部变化速率更快,所以温度分布更加均匀。
结合燃烧室内部温度分布,测试发动机排气量,以及分析发动机排气温度,研究发动机性能变化,发现理想热力循环有效提高了发动机最大功率,使得整体发动机性能达到最理想状态。
4. 结论本文探讨了双级脉冲爆震发动机的理想热力循环和性能分析。
通过分析汽油-空气混合物的循环,表明它具有优越的热效率,可以有效地提高发动机的性能。
本文还分析了发动机理想燃烧室的温度分布、燃烧室的特性分析和排气量的测试,以及发动机排气温度分析,证实了理想热力循环可以有效地提升两级脉冲爆震发动机的性能。
双级脉冲爆震发动机是当今汽车行业中最先进的发动机,它具有优越的性能。
大一热学知识点总结归纳大一热学是理工科学生在大一上学期学习的一门课程,它为我们打下了热力学和热传导方面的基础知识。
在这门课程中,我们学习了许多重要且实用的热学知识点,下面我将对这些知识点进行总结和归纳。
一、热力学基本理论1. 热力学系统与界面:介绍了热力学系统的概念以及系统与界面之间的相互作用关系,引入了系统和界面的平衡状态。
2. 热力学第一定律:阐述了能量守恒定律,即能量可以从一个系统转移到另一个系统,但总能量守恒。
3. 热力学第二定律:介绍了热力学过程的方向性,表明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体,热力学第二定律给出了能量转化的限制条件。
4. 热力学第三定律:阐述了当温度接近绝对零度时,凝固熵趋于零。
二、热力学循环1. 卡诺循环:介绍了卡诺循环的理论基础和性能优化原则,卡诺循环是一个理想的热力学循环,它是用来衡量热机性能的标准。
2. 斯特林循环:讲解了斯特林循环的工作原理和性能特点,斯特林循环是一种利用气体的等温膨胀和等温压缩来完成工作的热力学循环。
3. 蒸汽动力循环:介绍了蒸汽动力循环的基本概念和组成部分,包括锅炉、汽轮机、冷凝器和泵等。
三、热传导1. 热传导基本原理:解释了热传导的基本机制,包括传热的方式和传热速率的计算方法。
2. 斯特法定律:说明了温度梯度与热流密度之间的关系,是热传导领域中常用的定律之一。
3. 热传导方程:描述了热量传导过程的数学模型,可以用来解决热传导问题。
4. 材料的导热性质:介绍了导热系数和热导率等与材料导热性能相关的物理量,并讨论了不同材料的热传导特性。
四、热学实践1. 热学实验:描述了一些常见的热学实验,如测量热导率和比热容等实验方法和步骤。
2. 热机性能评价:介绍了评价热机性能的一些指标和方法,如热效率和热机循环图等。
3. 热力学计算:讲解了热力学计算中常用的公式和计算方法,如功和热的计算方法。
总结:通过学习大一热学,我们对热力学基本理论、热力学循环、热传导和热学实践等方面有了更深入的了解。
必须建立在热力学第一定律和第二定律基础之上答:热力学第一定律是从能量转换的数量关系来评价循环的热经济性;它可对各种理想循环进行分析,而实际的各种热力循环中都存在原因不同的不可逆损失,找出这些损失的部件、大小、原因、及其数量关系,提出减少这些不可逆损失的措施,以提高实际循环热效率就应采用以热力学第二定律为基础的方法来完成。
因此对发电厂热功转换效果作出全面的评价,必须建立在热力学第一定律和第二定律的基础之上。
1.评价实际热力循环的方法有几种它们之间有什么区别和联系答:评价实际热力循环的方法有两种:一种是热量法(既热效律法),另一种是火用(或熵)方法。
热量法是以热力学第一定律为基础。
用能量的基本特性提出热力循环能量转换的数量关系的指标,着眼于能量数量上的平衡分析,它主要通过计算各种设备及全厂的热效率来评价实际循环的优劣。
这种评价方法的实质是能量的数量平衡。
火用方法是以热力学第一,第二定律为依据,不仅考虑能量的数量平衡关系,也考虑循环中不可逆性引起作功能力的损失的程度。
它是一种具有特定条件的能量平衡法,其评价的指标是火用效率,这种评价方法实质是作功能力的平衡。
两种方法之间的区别:热量着重法考虑热的数量平衡关系,而火用方法不仅考虑热的量,而且也研究其质的数量关系,即热的可用性与它的贬值问题。
因此,两种方法所揭示出来的实际动力装置不完善性的部位、大小、原因是不同的。
3.热力发电厂主要有哪些不可逆损失怎样减少这些过程的不可逆损失以提高热经济性答:主要不可逆损失有过炉内打礁、吹灰等措施减少热阻减少不可逆性。
2)主蒸汽中的散热和节流引起的不可逆性;可通过保温、减少节流部件等方式来减少不可逆性。
3)汽轮机中不可逆膨胀引起的不可逆损失;可通过优化汽轮机结构来减少不可逆性。
4)锅炉散热引起的不可逆损失;可通过保温等措施减少不可逆性。
5)凝汽器有温差的换热引起的不可逆损失;可通过清洗凝汽器减少热阻以减少不可逆性。
4.某一朗肯蒸汽循环,汽轮机进汽参数为:p0=,温度为t0=435℃,排气压力p c=,环境温度为t en=0℃,环境压力为p en=,试求:(1)朗肯循环的热效率;(2)同温限的卡诺循环的热效率;(3)该朗肯循环与温限、吸热量相同的卡诺循环相比熵增及火用的损失解:根据机组参数查焓熵图和水蒸汽图表可得h0=3310 kj/kg h c=2110 kj/kg h c‘ = kj/kgt c’= kj/kg s c= kj/kg s1‘= kj/kg.(1)郎肯循环的热效率为ctc hhhch'--=η=7,137331021103310--=(2)同温限卡诺循环热效率为11TTctc-=η=1-+273)/(435+273)=(3)对卡诺循环:熵增为k kg kj T c h h s ./48.42374357.13733100=+-=-=∆ 火用损失为k kg kj s T E en ./04.122348.4237=⨯=∆=∆(4)对朗肯循环熵增为=-=∆'1s sc s = 火用损失为k kg kj s T E en ./99.178********.6=⨯=∆=∆二1. 为什么纯凝汽式汽轮发电机的汽耗率小于回热式汽轮发电机的汽耗率,而热耗率则大于回热式 答:在机组功率相同的条件下,由于回热抽汽的作功不足使机组的发电功率减少,若保持功率不变,则必需增大机组的汽耗量D 0 和汽耗率d 0。
摘要摘要中高温热泵技术是一项新兴的、发展中的应用技术,中高温热泵所采用的工质直接决定热泵系统的循环性能。
但是,目前在国内外对于中高温热泵还不存在公认的代表性工质。
同时,近年来《蒙特利尔议定书》提出了对CFCs的限制和禁用,以防止臭氧层继续受到破坏。
这一切都迫切要求在制冷行业中对新型工质进行研究,以寻求绿色环保型新工质来代替CFCs,并能达到良好的运行效果。
本文首先根据热物理性质、实用性要求和环境影响指标对工质进行筛选,发现三种氢氟烃类新工质R245fa、R245ca、R236ea和碳氢类R600满足条件,又因现有系统中R123、R134a被广泛采用,所以选择该六种工质作为研究对象。
根据所选工质的特点采用RKS方程作为六种高温工质的统一状态方程,在统一状态方程基础之上,根据热力学普遍关系推导出工质的其它热力学关系式,并根据实验数据拟合推导出其它热物性,建立了热力性质和迁移性质数学模型,从而实现了对这六种中高温工质热物性的完整描述。
通过误差分析得出,六种工质采用统~的状态方程进行热力性质计算能够满足工程要求。
根据所建立的工质热力学模型,利用Mauab软件编写了一套完整的工质热力学性质计算程序,该程序具有通用性和易调性。
根据这套程序,编制出了新工质R245fa、R245ca、R236ea、R600的饱和热力性质表,并绘制了六种工质的温熵图和R245fa、R245ca、R236ea的压焓图,为工程热力计算提供了完整的热力性能图表,方便了工程应用。
将六种中高温工质应用于单级压缩和多级压缩热泵循环中,对比了各个工质在相同工况下不同循环方式中的热力性能,并分析得出各个工质的最佳循环方式。
结果显示三种氢氟烃类新工质R245fa、R245ea、R236ea和碳氢类R600在中高温热泵工况下仍具有良好的热力性能。
关键词中高温工质;热力学性质;状态方程;饱和性质;单级循环:多级循环哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMediumandhightemperatureheatpumpisarisinganddevelopingappliedtechnology.Thecirculatoryperformanceofmedium-hightemperatureheatpumpsystemwasdecidedonitsworkingfluids.However,neitherinternationalnordomesticinstitutioncomestoanagreementonacknowledgedrepresentativeworkingfluidsformedium-hightemperatureheatpump.Toprotectourozonelayer,theMontrealProtocolwhichputforwardconfiningandforbiddingCFCs,wassignedbyinternationalSOcieties.A11ofthemrequireurgentlythestudyonthenew—stylerefrigerantsshouldbeactivityinrefrigerationindustry,inordertofindoutenvironmentalandavailablyalternativerefrigerants.Inthispaper,filterandchoosesomerefrigerantsonbasisoftheirsphysicaiproperty,practicalrequest,thermodynamicattribution,andenvironmentalcriterion,andmakecertainR245fa,R245ca,R236ea,R600,R123,R134aasdisquisitiveobject.ThenitmakecertainRKSequationasuniformequationofstate.TbeRKSequationofstateiSusedtocalculatethermodynamicattributionanddeduceotherthermodynamiccorrelativeequation.Itfitanddeduceotherthermodynamicattributionoftheserefrigerants,establishmathematicsmodelofthermodynamicattributionandtransferredattribution,accordinglyaccomplishthewholedescriptionforthissixdifierentre衔gerants.ItulakescertainthattheRKSequationofstateisexactenoughforthesesixdifferentrefrigerantsthroughanalyzingtheerror.ItmakCSuseofMatlabtocompileasuitofprogramfortherlTlOdvnamiccalculationofrefrigerantsonbasisofgivenmathematicsmodel.nisprogramisCtUTentandadjustive.ItcompilethermodynamicattribntiontableofR245fa、R245ca、R236ea、R600.andprotractchartoftemperature-entropyforthissixdifferentrefrigerantsandpress-enthalpyforR245fa、R245ca、R236ea.Itprovidewholechartofthermodynamicattributionforengineeringthermodvnamiccalculation.It印plythesixrefrigerantstobothsingle-presscircleandmultistagecirle.contrastthedifierentcirclemodeinthesameworking.instance.andverdicttheoptimalcirclemodeforvariousofrefrigerants.ItprovethatthethreenewHFCsrefrigerantcouldworkwellinMediumandhi曲temperatureheatpumprefrigerant.Keywordsmediumandhightemperatureheatpumprefrigerant;thermodynamicproperty;stateequation;single—presscircle;multistagecircle.H.符号表COP一制热系数;c一比热容;h一比焓;K一压缩机迸出口压力比疋一标准沸点;P一压力;玑一单位容积制热量:q。