0 引言
1 循环描述
Fig. 1 Schematic diagram of vapor-liquid injector图1 气液喷射器结构示意图 |
Fig. 2 Schematic diagram of IORC: (a) system diagram; (b) T-s diagram; (c) P-h diagram图2 IORC流程图:(a)系统图;(b)温-熵图;(c)压-焓图 |
Fig. 3 Schematic diagram of BORC: (a) system diagram; (b) T-s diagram; (c) P-h diagram图3 BORC流程图:(a)系统图;(b)温-熵图;(c)压-焓图 |
2 数学物理模型
2.1 假设
2.2 气液喷射器模型
2.3 系统模型
Table 1 Thermodynamic model of system表1 循环热力模型 |
循环 | 部件 | 模型 |
---|---|---|
IORC | 蒸发器 | ${{Q}_{\text{eva}}}={{m}_{\text{wf}}}\left( {{h}_{\text{5}}}-{{h}_{\text{2}}} \right)$ |
膨胀机 | $\begin{aligned}W_{\exp } & =W_{\exp , 5-6}+W_{\exp , 6-7} \\& =\eta_{\exp } m_{\mathrm{wf}}\left\{\begin{array}{l}\left(h_5-h_{6, \text { is }}\right)+ \\{[U /(1+U)]\left(h_6-h_{7, \text { is }}\right)}\end{array}\right\}\end{aligned}$ | |
冷凝器 | ${{Q}_{\text{con}}}=\left[ {U}/{\left( 1+U \right)}\; \right]{{m}_{\text{wf}}}\left( {{h}_{7}}-{{h}_{1}} \right)$ | |
喷射器 | ${{h}_{6}}+U{{h}_{1}}=\left( 1+U \right){{h}_{2}}$ | |
净输出功 | ${{W}_{\text{net}}}={{W}_{\text{exp}}}$ | |
BORC | 蒸发器 | ${{Q}_{\text{eva}}}={{m}_{\text{wf}}}\left( {{h}_{\text{5}}}-{{h}_{\text{2}}} \right)$ |
膨胀机 | ${{W}_{\text{exp}}}={{\eta }_{\text{exp}}}{{m}_{\text{wf}}}\left( {{h}_{\text{5}}}-{{h}_{\text{6,is}}} \right)$ | |
冷凝器 | ${{Q}_{\text{con}}}={{m}_{\text{wf}}}\left( {{h}_{\text{6}}}-{{h}_{\text{1}}} \right)$ | |
工质泵 | ${{W}_{\text{pu}}}={{{m}_{\text{wf}}}\left( {{h}_{\text{2,is}}}-{{h}_{\text{1}}} \right)}/{{{\eta }_{\text{pu}}}}\;$ | |
净输出功 | ${{W}_{\text{net}}}={{W}_{\text{exp}}}-{{W}_{\text{pu}}}$ |
3 模型验证
3.1 BORC模型验证
Table 2 Model validation of BORC表2 BORC模型的验证 |
工质 | 热效率/% | 相对误差/% | |
---|---|---|---|
文献[30] | 本文模型 | ||
R600 | 10.151 | 10.147 | 0.039 |
R600a | 9.899 | 9.887 | 0.121 |
R601 | 10.372 | 10.378 | 0.058 |
R601a | 10.282 | 10.281 | 0.010 |
3.2 气液喷射器模型验证
Table 3 Model validation of vapor-liquid injector表3 气液喷射器模型验证 |
气体喷嘴入口压力/MPa | 气体喷嘴出口压力/MPa | 混合室出口压力/MPa | 扩散室出口压力/MPa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
文献[31] | 本文模型 | 相对误差/% | 文献[31] | 本文模型 | 相对误差/% | 文献[31] | 本文模型 | 相对误差/% | |||
0.200 | 0.049 | 0.049 | 0.227 | 0.340 | 0.334 | 1.732 | 0.399 | 0.388 | 2.810 | ||
0.300 | 0.069 | 0.073 | 6.163 | 0.478 | 0.506 | 5.839 | 0.550 | 0.555 | 1.014 | ||
0.400 | 0.098 | 0.097 | 1.659 | 0.659 | 0.674 | 2.409 | 0.708 | 0.720 | 1.657 | ||
0.500 | 0.119 | 0.120 | 0.457 | 0.799 | 0.844 | 5.607 | 0.849 | 0.885 | 4.239 | ||
0.600 | 0.136 | 0.143 | 5.202 | 0.908 | 1.015 | 11.752 | 0.948 | 1.050 | 10.824 |
4 结果与讨论
4.1 IORC特性分析
Table 4 Operation parameters of cycle表4 循环运行参数 |
参数 | 取值 | 变化范围 |
---|---|---|
热水入口温度Thf,in | 140 ℃ | — |
热水温降ΔThf | 40 ℃ | — |
热水压力Phf | 1.0 MPa | — |
热水流量mhf | 1 kg/s | — |
冷却水入口温度Tcf,in | 20 ℃ | — |
冷却水压力Pcf | 0.20 MPa | — |
蒸发器出口过热度Tsup | 5 ℃ | — |
冷凝器出口过冷度Tsub | 5 ℃ | 3 ~ 20 ℃ |
冷凝温度Tcon | 45 ℃ | — |
喷射器面积比Ar | 0.60 | 0.30 ~ 0.80 |
喷射器引射系数U | 2.50 | 2.00 ~ 3.30 |
蒸发器夹点温差ΔTeva | 5 ℃ | — |
冷凝器夹点温差ΔTcon | 5 ℃ | — |
膨胀机等熵效率ηexp | 70% | — |
Fig. 4 Effect of entrainment ratio of the injector on IORC performance: (a) pressure lift of the injector and exergy efficiency of the injector; (b) expander output power, net power and specific heat transfer area图4 喷射器引射系数对IORC性能的影响:(a)喷射器升压比和喷射器㶲效率;(b)膨胀机输出功、净输出功和单位净输出功所需换热器面积 |
Fig. 5 Effect of area ratio of the injector on IORC performance: (a) pressure lift of the injector and exergy efficiency of the injector; (b) expander output power, net power and specific heat transfer area图5 喷射器面积比对IORC性能的影响:(a)喷射器升压比和喷射器㶲效率;(b)膨胀机输出功、净输出功和单位净输出功所需换热器面积 |
Fig. 6 Effect of subcooling of the condenser outlet on IORC performance: (a) pressure lift of the injector and exergy efficiency of the injector; (b) expander output power, net power and specific heat transfer area图6 冷凝器出口过冷度对IORC性能的影响:(a)喷射器升压比和喷射器㶲效率;(b)膨胀机输出功、净输出功和单位净输出功所需换热器面积 |