摘 要

伴随着经济科学以及其他领域的高速发展，国家以及社会发展对能源的依赖程前所未有，能源的地位已经上升到一个前所未有的高度。但因为我们在发展过程中对能源的过度开发，传统的化石能源已经不能满足我们的发展的需求。日常生产生活中85%-90%的能源都是以热能的形式出现或由热能转化为其他形式的能量而加以利用，而超过一半的余热被直接排放到了空气中，所以余热在学术界越来越被人们重视。故本文旨在以R245fa作为系统工质，设计ORC系统，合理回收低温余热，提高能源利用率。

本文利用MATLAB软件编程模拟ORC系统循环，计算系统循环时各状态点物性参数。改变蒸发温度、冷凝温度及过热度对系统性能进行分析其结论为:蒸发温度在变化时工质流量与其为负相关，与热效率为正相关。冷凝温度在变化时与工质流量为正相关，与热效率为负相关。过热度变化时与工质流量为正相关，但在过热度在一定范围内增大时热效率先增大后减小。

关键词：能源，低温余热，R245fa，ORC

Design of ORC System Based on R245fa

ABSTRACT

With the rapid development of economic science and other fields, the dependence of the country and social development on energy has never been seen before, and the status of energy has risen to an unprecedented height. But, because of the over-exploitation of energy in the process of development, traditional fossil energy Failure to meet requirements. 85 % -90 % of energy in daily production is used in the form of heat energy or converted from heat energy to other forms of energy, and more than half of the residual heat is emitted directly into the air. So, residual heat has more attention in the academic community. Therefore, the purpose of this paper is to design ORC system with R245fa as the system working quality, reasonably recover low-temperature residual heat, and improve the energy utilization rate.

This paper uses MATLAB software programming to simulate the ORC system cycle and calculate the physical parameters of each state point during the system cycle. The system performance was analyzed by changing evaporation temperature, condensation temperature and superheat. The condensation temperature is positively correlated with the flow of the working fluids and negatively correlated with the thermal efficiency. When the superheat changes, it is positively related to the flow of the working mass, but the thermal effect decreases when the superheat increases within a certain range.

Keyword：Energy, low temperature heat, R245fa, ORC

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究内容 3

1.4本章小结 4

第二章ORC系统的性能分析 5

2.1 ORC系统循环原理 5

2.2 ORC系统性能分析 7

2.3 本章小结 10

第三章 换热器设计计算 11

3.1两相流换热器设计流程 11

3.2两相流设计计算 12

3.2.1确定窄点 12

3.2.2确定原始数据 12

3.2.3确定流体物性参数 12

3.2.4传热量及平均温差 13

3.2.5估算传热面积及传热面结构 13

3.2.6管程计算 14

3.2.7壳程热力计算 15

3.2.8需用传热面积 16

3-2-9阻力计算 17

3.3 单相流换热器设计计算 17

3.3.1初始条件 18

3.3.2 计算结果 18

3.4本章小结 20

第四章 换热器结构设计 21

4.1两相流换热器结构设计 21

4.1.1壳体、管箱壳体及封头 21

4.2 单相流换热器结构设计 22

4.3 本章小结 23

第五章 结论与展望 25

致谢 26

参考文献 27

附录一 ORC循环模拟及性能分析 29

附录二 两相流蒸发器设计计算程序代码 34

附录三 单相流蒸发器设计计算程序代码 44

第一章 绪论

1.1研究背景

如今，能源的使用已经成为国际研究的热门。能源的需求是在当今社会尤为重要。重要的。然而，人们也遇到了使用能源，比如能源短缺，利用效率低和环境污染的过程中的许多问题。传统化石能源是无法再生的。石油资源只能维持到2050年左右，且煤炭资源也只能维持200年。因此,全球能源需求结构多样化,清洁发展,以及智能系统的方向发展,而新一轮的能源技术革命中也孕育。我国制定了可再生能源和新能源发展规划，重点改造能量的方式开发。这些新的发展计划，不仅提高了能源的总量，而且提高了中国的传统能源利用结构，减少环境污染^[1]。

我国是能耗大国，能源的有效利用是我们需要高度关注的问题。我国的能源利用率仅为发达国家的60%。其中我们日常生产生活中85%-90%的能源都是以热能的形式出现或由热能转化为其他形式的能量而加以利用，而超过一半的余热被直接排放到了空气中，这不但对环境造成了严重的影响，同时也暴露了我国能源利用效率低的事实。所以余热在学术界越来越被人们重视,针对不同热源,国内外学者也展开了相应研究工作，如太阳能、地热能、生物质能、工业余热等^[2]。工业生产中的余热为三类:高温余热(500℃以上)、中温余热(200-500℃)和低温余热(200℃以下)^[3]。低温余热温度较低，难以利用，很难进行工业生产再利用，最终以低品位废热的形式排放^[4]。

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