HFC+有机溶剂类吸收式动力循环及CO2+HC混合工质研究

摘要

大力倡导和发展节能工程，改变当下低效的能源利用方式，建立科学合理的能源资源利用体系是在当前能源供需矛盾日益尖锐的背景下提出的能源利用战略。吸收式动力循环能够高效的将工业废热、太阳能、地热能等中低品位能源转化为有用的功，对于提高能源综合利用效率意义重大。由此，吸收式动力循环的分析研究成为许多学者关注的热点。本文基于吸收式动力循环的工质开发与评价开展了以下研究:
　　第一，基于前人在吸收式动力循环构型研究中取得的进展，采取“两步法”，提出了三组具有潜力的吸收式动力循环工质对HFC245fa+DMAC，HFC236fa+DMAC和HFC236fa+DMEDEG，并利用气象色谱测定了这三组工质体系在293.15K，303.15K，313.15K，323.15K，333.15K，345.15K，353.15K七个温度水平、压力范围为20kPa～800kPa下的气液两相平衡实验数据。选取了五参数的NRTL方程对所得实验数据拟合，得到的压力平均相对偏差分别为1.51％，1.61％和1.25％，最大相对偏差分别为3.21％，3.52％和2.96％。由活度系数评价方法得出，三个体系与Raoult定律均呈较强的负偏差，且由偏差程度的大小，得出三组体系的亲和性强弱从大到小顺序为: HFC236fa+DMEDEG＞ HFC236fa+DMAC＞HFC245fa+DMAC，并从分子结构和分子间氢键的角度对这个结果给出了解释。
　　第二，以HFC+有机溶剂类工质体系为对象，提出一种新的吸收式动力循环工质开发与评价方法。首先，以最大超额Gibbs函数GEmax为判据，对所选工质体系进行亲和性评价，筛选出了HFC41+DMEDEG、HFC161+DMEDEG和HFC245fa+DMEDEG三组亲和优良的工质体系。然后，考察三组工质在Rankine循环中的循环效率，找到效率最高的工质体系HFC245fa+DMEDEG。最后，模拟研究了HFC245fa+DMEDEG吸收式动力循环的循环特性，热效率为18.32％。其中，热机子循环对整个系统效率的贡献比重占88.32％，而化学热机子循环对系统效率的贡献占11.68％。
　　第三，对CO2+HC混合动力工质的应用潜力作了研究，具体考察了CO2+丙烷/正丁烷/异丁烷/正戊烷/异戊烷/新戊烷这六组体系，通过模拟它们在Rankine循环中的特性，得出CO2+HC体系的主要优势在于其相对CO2高的临界温度，大大降低了跨临界Rankine循环的压力水平，从而使得系统产功量增加且有个更加宽泛的操作条件。其次，混合工质相变过程的温度变化也会减小传热过程的不可逆性，热力学完善度提高。由此得出，本文提出的CO2+HC混合工质作为动力循环工质是具有潜力的。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 吸收式动力循环

1．3 吸收式动力循环工质

1．4 吸收式动力循环工质开发

1．5 新型动力工质的探索

1．5．1 传统Rankine循环工质

1．5．2 CO2作为工质的历史沿革

1．5．3 新型动力工质的探索

1．6 本文的主要研究内容

第二章 HFC245fa／HFC236fa+DMAC和HFC236fa+DMEDEG体系的气液相平衡研究

2．1 体系的确定

2．2 气液相平衡测定

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验装置

2．2．3 实验步骤

2．2．4 验证性实验

2．3 数据拟合

2．4 结果与讨论

2．5 本章小结

第三章 吸收式动力循环工质体系的评选方法

3．1 吸收式动力循环工质配对原则

3．2 HFC类动力工质及有机溶剂类吸收剂

3．3 工质体系的亲和性评价

3．3．1 工质体系亲和性的热力学判据

3．3．2 工质体系最大超额Gibbs函数计算

3．3．3 结果与讨论

3．4 Rankine循环模拟计算

3．5 HFC245fa+DMEDEG工质体系的吸收式动力循环研究

3．5．1 参数设定与基本假设

3．5．2 计算与评价方法

3．5．3 模拟结果

3．5．4 结果分析与讨论

3．6 本章小结

第四章 新型动力工质的探索

4．1 CO2工质特性

4．2 CO2混合动力工质

4．3 CO2+HC类混合工质体系的选择

4．4 CO2+HC跨临界Rankine循环

4．5 循环模拟计算

4．5．1 参数设定与基本假设

4．5．2 物性方程

4．5．3 评价指标

4．5 结果与讨论

4．6 CO2+HC混合工质评价

4．7 本章小结

第五章 结论

5．1 主要研究成果

5．2 主要创新点

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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