我国拥有众多太阳能、地热能、工业余热等低品位能源,有效利用低品位能源可助于解决能源短缺和环境污染问题,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,简称ORC)利用低品位热能进行发电,发展前景广阔,成为国内外学者的研究重点。环境温度的变化会对ORC系统性能产生较大影响,当系统偏离设计工况运行时,系统性能恶化,本文围绕着提高变工况下系统热力学性能展开研究。可变组份非共沸工质ORC系统(OZORC)热力学优化:当工况发生变化时,不同工况需要不同的温度滑移与冷热源更好地进行换热匹配,针对该问题,提出组份可变化的ORC系统,利用MATLAB建模并固定每月的夹点温差采用循环迭代方法,以最大净输出功为目标优化,得到组份可变化ORC系统一年内各月的最佳组份和最大净输出功,并与传统组份不可变的ORC系统(TZORC)进行比较,结果表明,工作流体为R245fa/R365mfc、R245fa/R113和R245ca/R113时,OZORC系统的净功率比TZORC系统的净功率分别提高4.48%、9.15%和2.95%。提出基于分液冷凝进行组份调控ORC系统(LZORC)并优化其调控范围:利用分液冷凝技术将先后冷凝的不同组份的气液工质储存在不同储液罐中,当工况发生变化时,通过将不同储液罐中不同组份的工质按不同比例混合得到能更好匹配工况的最佳组份。由于分液后组份的范围受分液干度和注入系统的初始组份的影响,所以受系统限制,理论得到的最优组份有可能不能实现,因此要对分液干度和初始组份进行优化,MATLAB编程利用序列二次规划法,将设计条件下的UA值作为约束条件,以最大净输出功为目标对定冷凝压力变工况运行和变冷凝压力变工况运行进行优化,得到最佳分液干度和最佳初始组份。结果显示相比变冷凝压力变工况,定冷凝压力变工况对组份的依赖性更高;而当选用不同混合工质作为工作流体时,所需的最佳分液干度和最优初始组份不同,LZORC系统较TZORC系统提升的经济性也不同。换热参数热导h A约束下的分液冷凝-组份调控非共沸工质ORC系统(ARORC)变工况热-经济优化:通常在某一确定工况下对ORC系统进行设计,当工况发生变化时,系统性能恶化,而组份的变化可以缓解性能恶化问题,为探究组份调控系统的性能优势,对ARORC系统进行建模分析,通过建立变工况下热导h A约束,避免建立严格的换热器模型。研究结果表明,当选择环境温度最低的一月份作为设计工况时,环境温度升高,换热过程夹点温差增大,传热恶化,而ARORC系统可产生不同的温度滑移,能更好匹配变化的冷源,减小夹点温差,且ARORC系统较TZORC系统可提高平均吸热温度、减小平均放热温度,从而提升系统性能;在系统变工况优化过程中,由热导h A计算得出的换热参数UA值随换热负荷的降低而减小,而且选择不同工质作为工作流体时,组份调控系统性能提升的效果也不同,当工作流体为R124/R245ca、R134a/R245fa、R245fa/R365mfc、R236fa/R123及R245ca/R113时,组份调控系统较传统ORC系统提升的热-经济性能分别为3.77%、1.31%、4.51%、1.81%和9.79%。