[發明專利]一種超臨界有機朗肯循環的混合工質篩選方法

在審

• 申請號: 202110008306.1
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112765793A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 苗政;王占博;馬運先
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F16/2458;G06F16/2457
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

本發明公開了屬于能源與動力技術領域的一種超臨界有機朗肯循環的混合工質篩選方法。該方法包括：根據工質?熱源溫度匹配關系式，計算出最優工質臨界溫度，篩選出具有最優工質臨界溫度的一批混合工質；根據工質?冷源溫度匹配關系式，計算出最優冷凝溫度滑移區間，篩選出具有最優工質臨界溫度的一批混合工質中，冷凝溫度滑移落在最優冷凝溫度滑移區間內的混合工質，該工質即為熱力學框架下的最優混合工質。本發明解決了超臨界有機朗肯循環選取合適工質需要經過大量計算、實驗準備等帶來的問題，提供了一種可直接通過工質物性數據庫查詢和簡單的計算，即可初步篩選出合適工質的方法，節省了相關技術的前期準備時間。

技術領域

本發明涉及能源與動力技術領域，尤其涉及一種超臨界有機朗肯循環的混合工質篩選方法。

背景技術

我國傳統工業領域中低溫余熱浪費嚴重，同時生物質能、地熱能等新能源系統中低溫熱源資源也很豐富。因此，為了減少能源浪費，減輕環境污染，加大可再生能源利用率，中低溫發電技術正迅速發展。有機朗肯循環由于其結構簡單，可靠性高，維護成本低，在中低溫熱源利用領域受到廣泛的關注。

目前有機朗肯循環技術的主要研究方向為優化其循環性能。超臨界有機朗肯循環，由于其蒸發加熱過程不經過兩相區，沒有相變過程，熱源與工質的換熱過程溫度匹配更好，可以改善其循環性能。工質對有機朗肯循環的性能有很大的影響，混合工質由于其具有非等溫相變的特性，可以進一步改善冷源與工質換熱過程的溫度匹配。

目前針對超臨界有機朗肯循環的研究，部分為采用一種工質研究其在相應工況下的表現，這樣無法保證超臨界有機朗肯循環達到了該工況下可達到的最佳性能；部分研究為選取幾種工質，針對同一工況下計算或實驗，認為其性能表現最好的工質為最佳工質，但這類研究無法保證最佳工質包含在所選取工質中；部分研究則通過建立熱力學模型，對大量工質進行熱力學模擬計算，來初步篩選出合適的工質，計算量很大，且這種熱力學模型多存在局限性，不能應用于多種工況。因此，需要一種計算簡單，過程較少，可直接通過工質物性數據庫篩選工質的方法，來解決超臨界有機朗肯循環技術的工質初步篩選過于復雜的問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種超臨界有機朗肯循環的混合工質篩選方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：根據給定的熱源溫度、蒸發器夾點溫度和工質-熱源溫度匹配關系式計算得到相應的最優工質臨界溫度，篩選出具有最優工質臨界溫度的一批混合工質；其中工質-熱源溫度匹配關系式為

式中T_hs為熱源溫度，T_{p_eva}為蒸發器夾點溫度，為最優工質臨界溫度，均使用絕對溫標；

步驟S2：根據工質-冷源溫度匹配關系式，計算出最優冷凝溫度滑移區間，篩選出具有步驟S1所述最優工質臨界溫度的一批混合工質中，冷凝溫度滑移落在最優冷凝溫度滑移區間內的混合工質，該混合工質即為熱力學框架下的最優混合工質。

所述具有最優工質臨界溫度的一批混合工質，通過選取臨界溫度在到范圍內的純工質，與臨界溫度在到范圍的純工質，通過兩種或兩種以上混合的方式調整組分濃度使其臨界溫度達到

步驟S2具體包括：根據給定取值的冷源溫升、過冷度、冷源預冷段溫升和工質-冷源溫度匹配關系式計算得到最優冷凝溫度滑移區間；其中工質-冷源溫度匹配關系式為

式中為最優冷凝溫度滑移，ΔT_cf為冷源溫升，ΔT_{cf_pre}冷源預冷段溫升，ΔT_sub為過冷度，均使用絕對溫標。

所述冷源預冷段溫升ΔT_{cf_pre}取值如下：