一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法技术

本发明专利技术公开了属于能源与动力技术领域的一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法。该方法包括：根据工质‑热源温度匹配关系式，计算出最优工质临界温度，筛选出具有最优工质临界温度的一批混合工质；根据工质‑冷源温度匹配关系式，计算出最优冷凝温度滑移区间，筛选出具有最优工质临界温度的一批混合工质中，冷凝温度滑移落在最优冷凝温度滑移区间内的混合工质，该工质即为热力学框架下的最优混合工质。本发明专利技术解决了超临界有机朗肯循环选取合适工质需要经过大量计算、实验准备等带来的问题，提供了一种可直接通过工质物性数据库查询和简单的计算，即可初步筛选出合适工质的方法，节省了相关技术的前期准备时间。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法
本专利技术涉及能源与动力
，尤其涉及一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法。
技术介绍
我国传统工业领域中低温余热浪费严重，同时生物质能、地热能等新能源系统中低温热源资源也很丰富。因此，为了减少能源浪费，减轻环境污染，加大可再生能源利用率，中低温发电技术正迅速发展。有机朗肯循环由于其结构简单，可靠性高，维护成本低，在中低温热源利用领域受到广泛的关注。目前有机朗肯循环技术的主要研究方向为优化其循环性能。超临界有机朗肯循环，由于其蒸发加热过程不经过两相区，没有相变过程，热源与工质的换热过程温度匹配更好，可以改善其循环性能。工质对有机朗肯循环的性能有很大的影响，混合工质由于其具有非等温相变的特性，可以进一步改善冷源与工质换热过程的温度匹配。目前针对超临界有机朗肯循环的研究，部分为采用一种工质研究其在相应工况下的表现，这样无法保证超临界有机朗肯循环达到了该工况下可达到的最佳性能；部分研究为选取几种工质，针对同一工况下计算或实验，认为其性能表现最好的工质为最佳工质，但这类研究无法保证最佳工质包含在所选取工质中；部分研究则通过建立热力学模型，对大量工质进行热力学模拟计算，来初步筛选出合适的工质，计算量很大，且这种热力学模型多存在局限性，不能应用于多种工况。因此，需要一种计算简单，过程较少，可直接通过工质物性数据库筛选工质的方法，来解决超临界有机朗肯循环技术的工质初步筛选过于复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据给定的热源温度、蒸发器夹点温度和工质-热源温度匹配关系式计算得到相应的最优工质临界温度，筛选出具有最优工质临界温度的一批混合工质；其中工质-热源温度匹配关系式为式中Ths为热源温度，Tp_eva为蒸发器夹点温度，为最优工质临界温度，均使用绝对温标；步骤S2：根据工质-冷源温度匹配关系式，计算出最优冷凝温度滑移区间，筛选出具有步骤S1所述最优工质临界温度的一批混合工质中，冷凝温度滑移落在最优冷凝温度滑移区间内的混合工质，该混合工质即为热力学框架下的最优混合工质。所述具有最优工质临界温度的一批混合工质，通过选取临界温度在到范围内的纯工质，与临界温度在到范围的纯工质，通过两种或两种以上混合的方式调整组分浓度使其临界温度达到步骤S2具体包括：根据给定取值的冷源温升、过冷度、冷源预冷段温升和工质-冷源温度匹配关系式计算得到最优冷凝温度滑移区间；其中工质-冷源温度匹配关系式为式中为最优冷凝温度滑移，ΔTcf为冷源温升，ΔTcf_pre冷源预冷段温升，ΔTsub为过冷度，均使用绝对温标。所述冷源预冷段温升ΔTcf_pre取值如下：若Ths<533.15K,ΔTcf_pre取1K；若Ths>533.15K，ΔTcf_pre取2K。所述具有最优工质临界温度的一批混合工质，其冷凝温度滑移，通过如下步骤计算：步骤T1：计算混合工质泡点温度Tbub＝Tcf+Tp_cond+ΔTsub式中Tbub为泡点温度，Tcf为冷源温度，Tp_cond为冷凝器夹点温差，均采用绝对温标；步骤T2：在确定的工质组分质量浓度下，相应的冷凝压力和露点温度根据物性数据库取得，进而冷凝温度滑移根据下式获得：ΔTwf_cond＝Tdew-Tbub式中ΔTwf_cond为工质冷凝温度滑移、Tdew为露点温度，采用绝对温标。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，解决了超临界有机朗肯循环选取合适工质需要经过大量计算、实验准备等带来的问题，提供了一种可直接通过工质物性数据库查询和简单的计算，即可初步筛选出合适工质的方法，节省了相关技术的前期准备时间。附图说明图1为工质-热源温度匹配最优情况示意图；图2为工质-冷源温度匹配最优情况示意图。具体实施方式本专利技术提出一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供了一种超临界有机朗肯循环混合工质筛选方法，包括如下步骤：步骤S1：如图1所示，筛选出可使工质-热源温度匹配达到最优情况的混合工质。根据工质-热源温度匹配关系式，计算出最优工质临界温度，筛选出具有所述最优工质临界温度的一批混合工质；步骤S101：本实施例给定热源温度Ths为493.15K、蒸发器夹点温度Tp_eva为10K；根据工质-热源温度匹配关系式：计算得相应的最优工质临界温度为432.84K。步骤S102：为了筛选出具有所述最优临界温度为432.84K的混合工质，本实施例选取3种临界温度低于432.84K的纯工质，与3种临界温度高于432.84K的纯工质，通过两两组合调整组分浓度，获得9组具有所述最优临界温度为432.84K的混合工质。纯工质基本性质列于表1，混合工质基本性质列于表2。表1本实施例所选取纯工质基本性质表2本实施例筛选具有最优临界温度混合工质及其基本性质混合工质各组分质量浓度冷凝滑移温度Butane/R1230.542/0.4582.93Butane/R365mfc0.580/0.4205.582Butane/R141b0.742/0.2583.04Isobutene/R1230.374/0.6267.41Isobutene/R365mfc0.411/0.58912.88Isobutene/R141b0.592/0.4087.11R142b/R1230.411/0.58911.21R142/R365mfc0.449/0.55118.95R142b/R141b0.656/0.34411.45步骤S2：如图2所示，筛选出可使工质-冷温度匹配达到最优情况的混合工质。根据工质-冷源温度匹配关系式，计算出最优冷凝温度滑移区间，筛选出具有最优工质临界温度的一批混合工质中，冷凝温度滑移落在最优冷凝温度滑移区间内的混合工质：步骤S201：本实施例给定冷源温升ΔTcf为10K、过冷度ΔTsub为0K，由于本实施例Ths为493.15K，小于533.15K，冷源预冷段温升ΔTcf_pre为1K；根据工质-冷源温度匹配关系式：计算得最优冷凝温度区间为7～11K。步骤S202：从具有最优临界温度混合工质中，筛选出其冷凝温度滑移落在最优冷凝温度温度区间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：根据给定的热源温度、蒸发器夹点温度和工质-热源温度匹配关系式计算得到相应的最优工质临界温度，筛选出具有最优工质临界温度的一批混合工质；其中工质-热源温度匹配关系式为/n

【技术特征摘要】
1.一种超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据给定的热源温度、蒸发器夹点温度和工质-热源温度匹配关系式计算得到相应的最优工质临界温度，筛选出具有最优工质临界温度的一批混合工质；其中工质-热源温度匹配关系式为



式中Ths为热源温度，Tp_eva为蒸发器夹点温度，为最优工质临界温度，均使用绝对温标；
步骤S2：根据工质-冷源温度匹配关系式，计算出最优冷凝温度滑移区间，筛选出具有步骤S1所述最优工质临界温度的一批混合工质中，冷凝温度滑移落在最优冷凝温度滑移区间内的混合工质，该混合工质即为热力学框架下的最优混合工质。


2.根据权利要求1所述的超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，其特征在于，所述具有最优工质临界温度的一批混合工质，通过选取临界温度在到范围内的纯工质，与临界温度在到范围的纯工质，通过两种或两种以上混合的方式调整组分浓度使其临界温度达到


3.根据权利要求1所述的超临界有机朗肯循环的混合工质筛选方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：根据给定取值的冷源温升、过冷度、冷源预冷段温升和工质-冷源温度匹配关系式计算得到最优冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗政，王占博，马运先，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11