高乃平， 吳繼盛， 朱 彤

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 200092)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)對(duì)能源的需要日益增加.在2015年，化石能源消費(fèi)量占到了我國(guó)總能源消費(fèi)量的88%[1].在我國(guó)主要的能源消耗產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)耗能占據(jù)了能源消耗總量的77%.其中60%～65%的能源轉(zhuǎn)化為不同載體、不同溫度的工業(yè)余熱隨工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程排出[2]，造成了能源浪費(fèi)，同時(shí)也帶來(lái)了環(huán)境污染和氣候變化等問(wèn)題.在這種背景下，充分回收和利用工業(yè)生產(chǎn)中的余熱，不僅可以緩解我國(guó)正面臨的能源問(wèn)題，也能有效的減少工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境帶來(lái)的不利影響.然而工業(yè)余熱溫度普遍較低，采用常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)回收余熱的效率并不高.與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，有機(jī)朗肯循環(huán)(organic Rankine cycle，簡(jiǎn)稱ORC)發(fā)電技術(shù)在低溫余熱動(dòng)力回收領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯[3].

作為ORC中最重要的組成之一，循環(huán)工質(zhì)在很大程度上影響和決定了ORC系統(tǒng)的性能.諸多學(xué)者通過(guò)研究有機(jī)工質(zhì)物性參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，總結(jié)歸納了ORC工質(zhì)篩選原則[4-10].一些學(xué)者則建立了ORC系統(tǒng)模型，并針對(duì)不同優(yōu)化目標(biāo)篩選出了最佳工質(zhì)[11-14].目前對(duì)純工質(zhì)的研究已經(jīng)日臻完善，為了追求更高的效率，越來(lái)越多的人將研究方向轉(zhuǎn)向了非共沸工質(zhì).

非共沸工質(zhì)在相變過(guò)程中存在溫度滑移現(xiàn)象，相比于純工質(zhì)更容易在換熱過(guò)程中與熱源溫度相匹配.Dong等[15]建立了數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)采用混合工質(zhì)的高溫ORC系統(tǒng)性能，分析了組分、換熱介質(zhì)溫度梯度、夾點(diǎn)溫差、壓比和冷凝壓力對(duì)熱效率的影響，發(fā)現(xiàn)與純工質(zhì)相比使用混合工質(zhì)可以提高熱效率.Zhao等[16]建立了一個(gè)熱力學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)混合工質(zhì)的性能表現(xiàn)，并優(yōu)化了系統(tǒng)參數(shù)得到了最佳工況.研究發(fā)現(xiàn)不同熱源溫度下最大輸出功對(duì)應(yīng)的最佳混合工質(zhì)質(zhì)量比也不同.通過(guò)分析，認(rèn)為非共沸混合工質(zhì)的溫度滑移對(duì)系統(tǒng)性能的提升有一定的幫助.Zhou等[17]為內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)了采用混合工質(zhì)的雙回路ORC系統(tǒng)，并模擬了3種混合工質(zhì)在該系統(tǒng)下的性能表現(xiàn).結(jié)果表明，由于其溫度滑移，混合工質(zhì)在低溫回路中比純工質(zhì)表現(xiàn)得更好，不僅在熱效率上得到了提升，吸熱量上也有所增加.倪淵等[18]采用R245fa、R601a為組分的混合工質(zhì)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一套ORC系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下，混合工質(zhì)R245fa/R601a(0.6/0.4)相比于純工質(zhì)與其他混合工質(zhì)的熱力學(xué)綜合性能更優(yōu).Liu等[19]針對(duì)地?zé)崮艿睦茫M分析了采用混合工質(zhì)R600a/R601a的ORC系統(tǒng)性能表現(xiàn)，并優(yōu)化了蒸發(fā)、冷凝參數(shù).結(jié)果表明、對(duì)于水溫為100℃、130℃和150℃的地?zé)酧RC系統(tǒng)，輸出功的提升能達(dá)到11%、7%和4%.同時(shí)該作者也研究了混合工質(zhì)冷凝溫度滑移對(duì)ORC系統(tǒng)性能的影響[20]，發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷卻水溫升小于混合工質(zhì)冷凝溫度滑移值時(shí)，循環(huán)效率、效率和凈輸出功會(huì)有兩個(gè)極大值，當(dāng)冷凝溫度滑移與冷卻水溫升相匹配時(shí)凈輸出功達(dá)到最大值，而過(guò)大的冷凝溫度滑移會(huì)導(dǎo)致熱量損失增加和冷凝器損增大；當(dāng)冷卻水溫升小于混合工質(zhì)冷凝溫度滑移值時(shí)，循環(huán)效率、效率和凈輸出功僅有一個(gè)極大值.

目前針對(duì)混合工質(zhì)的研究尚不完善，并且大多數(shù)都只局限于個(gè)別混合工質(zhì)，沒(méi)有給出具體的混合工質(zhì)篩選過(guò)程，也未深入討論混合工質(zhì)的選擇方法.所以本文針對(duì)不同溫度的煙氣型余熱熱源，建立亞臨界ORC系統(tǒng)熱力學(xué)模型，基于沸點(diǎn)差法建立具體的混合工質(zhì)篩選方案，以凈輸出功為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)混合工質(zhì)組分、蒸發(fā)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并將最佳混合工質(zhì)與同熱源溫度下最佳純工質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)性能對(duì)比分析，為實(shí)際生產(chǎn)中ORC系統(tǒng)采用二元非共沸混合工質(zhì)提供一定理論依據(jù).

1 ORC系統(tǒng)模型

ORC系統(tǒng)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)主要包括了4大部分：蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器和工質(zhì)泵.圖2展示了混合工質(zhì)的熱力過(guò)程T-s圖.根據(jù)系統(tǒng)組成，整個(gè)循環(huán)可以被分為4個(gè)過(guò)程：1～2為高溫高壓的過(guò)熱有機(jī)蒸汽在膨脹機(jī)中絕熱膨脹做功；2～4為膨脹機(jī)出口的低壓氣體進(jìn)入冷凝器定壓放熱變成低壓低溫液體；4～5為工質(zhì)泵對(duì)冷凝器流出的工質(zhì)絕熱加壓；5～1為增壓后的工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器定壓吸熱.

圖1 ORC系統(tǒng)

圖2 二元非共沸工質(zhì)ORC熱力過(guò)程

使用夾點(diǎn)溫差法和熱力學(xué)第一定律對(duì)不同有機(jī)工質(zhì)在各工況下的ORC系統(tǒng)性能進(jìn)行建模分析.

忽略蒸發(fā)器的壓降，其熱平衡方程為

Qhe=mf(h1-hs)=VheChe,p(The1-he3)

(1)

式中：Qhe表示吸熱量，單位是kW；mf是工質(zhì)質(zhì)量流量，單位是kg·s-1；Vhe是煙氣體積流量，單位是m3·s-1；Che,p是煙氣定壓比熱容，單位是kJ·m-3；T表示溫度，單位是℃；h表示焓值，單位是kJ·kg-1；下標(biāo)“1”到“5s”等表示工質(zhì)對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)狀態(tài)點(diǎn)；下標(biāo)“he1”、“he3”表示煙氣進(jìn)口、出口狀態(tài)點(diǎn).

膨脹機(jī)的輸出功為

Wt=mf(h1-h2)ηmηg=mf(h1-h2s)ηtηmηg

(2)

(3)

式中：Wt表示膨脹功，單位是kW；ηt表示膨脹機(jī)等熵效率，ηm表示膨脹機(jī)機(jī)械效率，ηg表示發(fā)電機(jī)效率.

忽略冷凝器的壓降，其熱平衡方程為

Qco=mf(h3-h4)=mcoCco,pΔTco

(4)

式中：Qco表示工質(zhì)冷凝段放熱量，未包括預(yù)冷段放熱量，單位是kW；mco是冷卻水流量，單位是kg·s-1；Cco,p是冷卻水定壓比熱容，單位是kJ·m-3；ΔTco是冷卻水在冷凝段溫升，單位是℃.

工質(zhì)泵耗功為

(5)

(6)

式中：Wp表示工質(zhì)泵功，單位是kW；ηp表示工質(zhì)泵等熵效率.

冷卻水泵耗功為

(7)

式中：Wc表示水泵耗功，單位是kW；g為重力加速度，取為9.807N·kg-1，H為冷卻水泵揚(yáng)程，取為20 m，ηco為冷卻水泵等熵效率，取為0.8.

凈輸出功Wnet定義為

Wnet=Wt-Wp-Wc

(8)

熱效率η定義為

(9)

在亞臨界ORC系統(tǒng)中，將熱源溫度與工質(zhì)溫度相差最小的點(diǎn)稱為夾點(diǎn)，其溫度差值稱為夾點(diǎn)溫差.許多文獻(xiàn)將蒸發(fā)器夾點(diǎn)位置固定了在6處，但是實(shí)際情況下也有可能出現(xiàn)在預(yù)熱段，如圖3所示，因此本文設(shè)計(jì)了程序來(lái)計(jì)算夾點(diǎn)位置和煙氣出口溫度，如圖4所示.

E=m[h-h0-T0(s-s0)]

(10)

式中：m為物質(zhì)的質(zhì)量；h和s為物質(zhì)的比焓和比熵；h0和s0為環(huán)境溫度T0下物質(zhì)的比焓和比熵.

Iev=(Ehe1+E5)-(Ehe3+E1)

(11)

It=E1-(E2+Wt)

(12)

Ico=(Eco1+E2)-(Eco3+E4)

(13)

a 夾點(diǎn)位于液體飽和點(diǎn)

b 夾點(diǎn)位于預(yù)熱段

圖4 煙氣出口溫度計(jì)算邏輯

式中：下標(biāo)“co1”、“co3”表示冷卻水進(jìn)、出口狀態(tài)點(diǎn).

Ip=(Wp+E4)-E5

(14)

E=Iev+It+Ico+Ip

(15)

(16)

2 二元非共沸工質(zhì)的篩選方法

工質(zhì)特性對(duì)ORC發(fā)電系統(tǒng)性能的影響非常大，在篩選組元工質(zhì)時(shí)主要考慮合適的臨界參數(shù)和良好的熱力學(xué)特性.每種純工質(zhì)都有著對(duì)應(yīng)的熱源溫度適用范圍.在熱源溫度一定時(shí)，臨界點(diǎn)參數(shù)過(guò)高，系統(tǒng)性能會(huì)下降；臨界點(diǎn)參數(shù)過(guò)低，工質(zhì)循環(huán)過(guò)程會(huì)進(jìn)入超臨界區(qū)，工作壓力會(huì)提高，對(duì)設(shè)備的安全性也會(huì)有所影響.針對(duì)亞臨界工況，液相比熱要大，汽化潛熱要小，從而能獲得更大的凈輸出功.根據(jù)工質(zhì)在T-s圖上飽和蒸汽曲線斜率為負(fù)、正和無(wú)窮大，可將工質(zhì)分為濕、干和等熵工質(zhì).通常針對(duì)無(wú)過(guò)熱度或過(guò)熱度較小的ORC系統(tǒng)，選用干工質(zhì)或等熵工質(zhì)，以避免工質(zhì)在膨脹過(guò)程中進(jìn)入兩相區(qū)，減少膨脹機(jī)壽命.

為了使得到的非共沸工質(zhì)有較大溫度滑移，組成混合工質(zhì)的兩種組元純工質(zhì)應(yīng)該具有相差較大的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，同時(shí)考慮到混合工質(zhì)預(yù)期的系統(tǒng)性能，將優(yōu)先選擇性能優(yōu)異的純工質(zhì)作為混合工質(zhì)的組元.具體篩選方案如下：首先，初步選定了62種純工質(zhì)作為混合工質(zhì)候選組元工質(zhì)；針對(duì)不同熱源溫度，對(duì)純工質(zhì)進(jìn)行蒸發(fā)參數(shù)優(yōu)化，并得到最大凈輸出功用以衡量該純工質(zhì)在對(duì)應(yīng)熱源溫度下系統(tǒng)性能的高低；然后從各熱源溫度下凈輸出功較大的純工質(zhì)中以沸點(diǎn)的高低為標(biāo)準(zhǔn)分別篩選出低沸點(diǎn)工質(zhì)和高沸點(diǎn)工質(zhì)各3種，將它們相互組合，得到9組沸點(diǎn)差較大的混合工質(zhì)對(duì)；最后對(duì)各種組合進(jìn)行蒸發(fā)參數(shù)、質(zhì)量組分優(yōu)化，得到各混合工質(zhì)的最大凈輸出功，對(duì)比最大凈輸出功的大小得到不同熱源溫度下的最佳混合工質(zhì).值得注意的是，并不是兩組元工質(zhì)沸點(diǎn)差越大越好，混合工質(zhì)的溫度滑移過(guò)大使得冷凝測(cè)不可逆損失增加、系統(tǒng)性能下降.文獻(xiàn)[21]建議兩組元工質(zhì)的沸點(diǎn)差最好大于10 ℃、不宜超過(guò)45 ℃.

工質(zhì)的物性參數(shù)均來(lái)自于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)研制開發(fā)的工質(zhì)物性計(jì)算軟件REFPROP9.0.表1是部分原始參數(shù).為了簡(jiǎn)化計(jì)算，做了如下假設(shè)：蒸發(fā)和冷凝過(guò)程均視為等壓的，忽略散熱損失；忽略管道造成的不可逆損失；有機(jī)工質(zhì)在冷凝器內(nèi)被冷卻成飽和液.

表2給出了部分工質(zhì)參數(shù).以200 ℃熱源溫度為例，表3是混合工質(zhì)的篩選結(jié)果.按照篩選方案選出了系統(tǒng)性能優(yōu)異的低沸點(diǎn)工質(zhì)和高沸點(diǎn)工質(zhì)各3種，低沸點(diǎn)工質(zhì)包括R236fa、R600和R245fa，高沸點(diǎn)工質(zhì)包括R245ca、R365mfc和R601a.然后通過(guò)高低沸點(diǎn)工質(zhì)的相互組合得到了9組混合工質(zhì)對(duì).可以發(fā)現(xiàn)最終得到的混合工質(zhì)組元沸點(diǎn)差在10～45 ℃之間，滿足文獻(xiàn)[21]的建議.以這9組混合工質(zhì)對(duì)作為基礎(chǔ)，以凈輸出功為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)優(yōu)化蒸發(fā)壓力和質(zhì)量組分配比來(lái)得到最大凈輸出功，然后再比較各混合工質(zhì)的最大凈輸出功得到了該熱源溫度下的最佳混合工質(zhì).

表1 部分原始設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 涉及到的部分工質(zhì)參數(shù)

表3 200 ℃熱源溫度下得到的9種混合工質(zhì)組合

3 結(jié)果與討論

針對(duì)每個(gè)熱源溫度，均采用混合工質(zhì)篩選方法,選取了9種混合工質(zhì)對(duì)作為研究對(duì)象，根據(jù)亞臨界ORC熱力學(xué)模型計(jì)算了每種混合工質(zhì)的凈輸出功、熱效率和效率，以凈輸出功為目標(biāo)函數(shù)對(duì)蒸發(fā)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，從而得到了每種混合工質(zhì)最大凈輸出功.再通過(guò)比較每種混合工質(zhì)的最大凈輸出功，得到每個(gè)熱源溫度下的最佳混合工質(zhì)，具體的結(jié)果見表4.

表4 不同熱源溫度下的最佳混合工質(zhì)和最佳純工質(zhì)

3.1 凈輸出功

圖5是各熱源溫度下最佳純工質(zhì)和最佳混合工質(zhì)的最大凈輸出功對(duì)比.針對(duì)亞臨界混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)選出的最佳混合工質(zhì)在凈輸出功方面均優(yōu)于最佳純工質(zhì)，熱源溫度為100～300 ℃時(shí)，最佳混合工質(zhì)凈輸出功為11.35～131.74 kW，相對(duì)于最佳純工質(zhì)的10.81～129.85 kW，分別增長(zhǎng)了5.04%、1.62%、0.13%、2.16%和1.46%.為了探究二元非共沸工質(zhì)系統(tǒng)性能相對(duì)純工質(zhì)提升的原因，分析了混合工質(zhì)組分變化時(shí)工質(zhì)物性的變化情況及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響.以200 ℃熱源溫度下的最佳混合工質(zhì)R236fa/R245ca為例，設(shè)定工況為泡點(diǎn)溫度120 ℃，首先研究?jī)糨敵龉﹄S組分的變化.從圖6可以發(fā)現(xiàn)凈輸出功先增大后減小，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6時(shí)達(dá)到最大值61.53kW.同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)工質(zhì)泵功和水泵耗功較小，結(jié)合式(8)可以認(rèn)為影響凈輸出功的主要因素是膨脹功.

圖5 各熱源溫度下最佳純工質(zhì)與最佳混合工質(zhì)的最大凈輸出功對(duì)比

圖6 200 ℃熱源溫度下泡點(diǎn)溫度設(shè)定為120 ℃時(shí)混合工質(zhì)R236fa/R245ca凈輸出功、膨脹功、工質(zhì)泵功、水泵耗功隨組分的變化

根據(jù)式(1)～式(3)可以推導(dǎo)

Wt=mf(h1-h2s)ηtηmηg=

(17)

定義效率η1=(h1-h2)/(h1-h5)，由于ηm、ηg均為定值0.98，所以膨脹功僅與吸熱量Qhe和效率η1有關(guān).從圖7中可以看出吸熱量和效率都有先增大后減小的趨勢(shì)，但是效率的變化幅度不大，其中最大值為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3的11.76%，最小值為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1的11.13%，變化值僅為0.63%，而吸熱量在質(zhì)量比為0.7時(shí)達(dá)到最大值663.86 kW，相對(duì)于純工質(zhì)R245ca的575.11 kW和R236fa的644.93 kW，增長(zhǎng)幅度分別為15.43%和2.9%.所以吸熱量是膨脹功增加的主要因素.

圖7 200 ℃熱源溫度下泡點(diǎn)溫度設(shè)定為120 ℃時(shí)混合工質(zhì)R236fa/R245ca吸熱量、效率隨組分的變化

由于設(shè)定了煙氣進(jìn)口溫度和煙氣流量，所以根據(jù)式(1)，吸熱量?jī)H與煙氣出口溫度有關(guān).煙氣出口溫度涉及到蒸發(fā)側(cè)的換熱過(guò)程，所以給出了R245ca、R236fa和R236fa/R245ca(0.6/0.4)的換熱過(guò)程，見圖8.

圖8 200 ℃熱源溫度下泡點(diǎn)溫度設(shè)定為120℃時(shí)R245ca、R236fa和R236fa/R245ca(0.6/0.4)的換熱過(guò)程

從圖8可以看到，隨著質(zhì)量比的增加，氣化潛熱單調(diào)減少，使得熱源溫度下降速率加快，夾點(diǎn)位置逐漸左移，煙氣出口溫度越來(lái)越靠近工質(zhì)在工質(zhì)泵出口處的溫度.當(dāng)質(zhì)量比≥0.8時(shí)，夾點(diǎn)位置固定在了煙氣出口處，結(jié)合圖9顯示的溫度滑移隨組分的變化情況，可以認(rèn)為冷凝溫度滑移減小，導(dǎo)致了工質(zhì)在工質(zhì)泵出口處的溫度上升，從而使煙氣出口溫度上升，繼而影響到吸熱量，最終造成凈輸出功的減小.

圖9 200 ℃熱源溫度下泡點(diǎn)溫度設(shè)定為120 ℃時(shí)混合工質(zhì)R236fa/R245ca工質(zhì)泵出口處溫度、冷凝溫度滑移隨組分的變化

需要強(qiáng)調(diào)的是篩選最佳混合工質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是最大凈輸出功，因此所有混合工質(zhì)都處于各自的最佳工況，由于混合工質(zhì)的最佳工況各不相同，在對(duì)比各混合工質(zhì)的系統(tǒng)性能時(shí)蒸發(fā)參數(shù)也都不同.如果所有混合工質(zhì)的蒸發(fā)參數(shù)都相同時(shí)，隨著蒸發(fā)參數(shù)設(shè)定的改變，最佳混合工質(zhì)也可能發(fā)生變化.

3.2 膨脹機(jī)進(jìn)口溫度、壓力

在具有同樣輸出功的情況下，工質(zhì)在膨脹機(jī)進(jìn)口處的溫度、壓力越低，對(duì)膨脹機(jī)選型的要求就越低，這有利于減少設(shè)備成本、增加系統(tǒng)的安全性.各個(gè)熱源溫度下最佳純工質(zhì)與最佳混合工質(zhì)的膨脹機(jī)進(jìn)口溫度、壓力如圖10所示，相對(duì)于最佳純工質(zhì)，最佳混合工質(zhì)膨脹機(jī)進(jìn)口壓力分別下降了16.67%、6.06%、25.53%、27.08和24.07%，膨脹機(jī)進(jìn)口溫度分別下降了0.84%、7.03%、9.93%、5.57%和10.13%.混合工質(zhì)的優(yōu)勢(shì)顯而易見，但是這一優(yōu)勢(shì)的存在主要是因?yàn)榛旌瞎べ|(zhì)最佳工況限制在了亞臨界，而純工質(zhì)最佳工況考慮到了超臨界，因此混合工質(zhì)最佳工況下的工作參數(shù)要普遍低于純工質(zhì).結(jié)合對(duì)凈輸出功的分析，可以認(rèn)為采用亞臨界混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)代替超臨界純工質(zhì)ORC系統(tǒng)，不僅能輸出更多電能，而且降低了對(duì)膨脹機(jī)設(shè)備的要求，同時(shí)也提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性.

圖10 不同熱源溫度下最佳純工質(zhì)與最佳混合工質(zhì)的膨脹機(jī)進(jìn)口溫度和壓力對(duì)比

3.3 熱效率和效率

圖11展示了各熱源溫度下最佳純工質(zhì)與最佳混合工質(zhì)的熱效率、效率對(duì)比情況.在熱效率方面，熱源溫度為100～300 ℃時(shí)，混合工質(zhì)的熱效率分別為 4.28%、7.69%、10.41%、13.49%和15.88%，純工質(zhì)的熱效率分別為3.82%、7.41%、10.88%、13.21%和16.06%.結(jié)果表明，僅在100、150和250 ℃這3個(gè)熱源溫度下，混合工質(zhì)的熱效率大于純工質(zhì)，而在另外兩個(gè)熱源溫度下，混合工質(zhì)的熱效率要小于純工質(zhì).這主要是因?yàn)樽罴鸭児べ|(zhì)均在超臨界工況下工作，在蒸發(fā)器中吸熱的同時(shí)也會(huì)不斷升溫，因此與熱源溫度變化匹配良好，從而使得混合工質(zhì)相變時(shí)具有溫度滑移這一優(yōu)勢(shì)不再明顯.

圖11 不同熱源溫度下最佳純工質(zhì)與最佳混合工質(zhì)的熱效率、效率對(duì)比

圖12 不同熱源溫度下最佳純工質(zhì)和最佳混合工質(zhì)的損分布

圖13 不同熱源溫度下最佳混合工質(zhì)在最佳工況時(shí)的冷凝溫度滑移

圖14 不同熱源溫度下最佳純工質(zhì)和最佳混合工質(zhì)的總損對(duì)比

4 結(jié)論

基于沸點(diǎn)差法提出了混合工質(zhì)篩選方案，針對(duì)100、150、200、250、300 ℃的熱源溫度選出了相對(duì)應(yīng)的最佳混合工質(zhì)：R218/C4F10(0.8/0.2)、R227ea/R245fa(0.8/0.2)、R236fa/R245ca(0.5/0.5)、R123/正己烷(0.9/0.1)、丙酮/正己烷(0.8/0.2).比較分析了最佳混合工質(zhì)和最佳純工質(zhì)的系統(tǒng)性能參數(shù)、損分布，并討論了混合工質(zhì)的優(yōu)勢(shì)所在.主要結(jié)論如下：

(1)各熱源溫度下最佳混合工質(zhì)的凈輸出功均超過(guò)了同熱源溫度下的最佳純工質(zhì)，分別為10.82、35.90、66.58、98.22和129.85 kW，相對(duì)純工質(zhì)增長(zhǎng)了0.13%～5.04%.較小的汽化潛熱和接近冷卻水溫升的冷凝溫度滑移是混合工質(zhì)凈輸出功大于純工質(zhì)的主要原因.

(2)各熱源溫度下最佳混合工質(zhì)的膨脹機(jī)進(jìn)口處壓力、溫度均低于最佳純工質(zhì)，最大降低幅度分別達(dá)到了27.08%和9.93%.