【摘 要】
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基于流体热过程的热力学平均温度,本文进行有机朗肯循环(ORC)、Carnot循环、三角形循环(TLC)、Brayton循环以及Lorenz循环这5种热力循环的传热不可逆性(传热不可逆度与传热匹
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基于流体热过程的热力学平均温度,本文进行有机朗肯循环(ORC)、Carnot循环、三角形循环(TLC)、Brayton循环以及Lorenz循环这5种热力循环的传热不可逆性(传热不可逆度与传热匹配度)和热功转换性能(热力学完善度与生态学函数)的建模与优化分析,并重新定义了相关评价指标。热力循环的热效率可以表达为热力学平均温度的通用表达式,由此可求出热源/冷源的最大热效率。基于热力学平均温度,定义了表征传热不可逆性的传热不可逆度与传热匹配度。建立热力循环传热不可逆性和热功转换性能的数学模型及二者之间的关系,分析其随运行工况的变化规律。重点针对ORC,分析比较亚临界ORC和跨临界ORC、纯工质和混合工质的传热不可逆性和热功转换性能,探究其优化工况及优化工质的选取。研究表明:生态学函数须大于零,即热力学完善度须高于0.5,热力循环及其运行工况才有贡献与意义。生态学函数最大值工况是兼顾了循环最大净输出功与最大热效率的一种优化工况,可将其作为热力循环的评价标准,为选择合适热力循环及合理运行工况或优选工质提供新的思路与方法。Lorenz循环是传热匹配性最好的理想循环,其传热不可逆性和热功转换性能均优于其它热力循环。实际循环中,TLC(或跨临界ORC)的传热不可逆性和热功转换性能表现最好,单调上升(无极值)ORC的性能其次,而Brayton循环的性能较差。亚临界ORC中,循环性能存在转折特征,即有极值向无极值的转折,和对应的工质热源转折温度。当热源温度低于热源转折温度时,循环性能参数随蒸发温度存在极值及对应的优化蒸发温度;反之,循环性能参数随蒸发温度单调变化,无极值。并且,无极值的循环性能优于有极值循环。
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