论文总字数：28840字

摘 要

随着世界人口的增多以及人们对化石燃料的过度依赖，能源问题已经环境问题迫在眉睫，因此对能源的合理利用以及对环境的保护显得尤为重要。有机朗肯循环发电技术常用与工业中对低品位余热的回收利用，可以在提高经济效益的同时减少热排。本文通过软件MATLAB进行编程对发电功率50kW，以环戊烷作为工质的有机朗肯循环发电系统进行了循环模拟，通过对REFPROP中环戊烷不同情况下物性参数的调用计算出了各个部件进出口处工质状态参数。并研究了循环过程中冷凝温度、过热度以及蒸发温度的改变对系统热效率以及工质流量所造成的影响。根据所得的数据先对泵的叶轮和压水室部分进行设计，画出了压水室以及木模图，然后进行了冷凝器的计算并绘制。

关键词：有机朗肯循环 工质泵 环戊烷 余热回收

Design of Cyclopentane-based Pump

Abstract

With the increase of the world population and people's excessive dependence on fossil fuels, the energy problem has become an urgent environmental problem, so the rational use of energy and the protection of the environment are particularly important. The recovery and utilization of low-grade afterheat in organic Racken cycle power generation technology and industry can reduce heat discharge while improving economic efficiency.In this paper, the organic Rankine cycle power generation system with 50 kW power and cyclopentane as working fluid is simulated by programming with software MATLAB. The working fluid state parameters at the inlet and outlet of each component are calculated by calling the physical parameters of cyclopentane under different conditions in REFPROP. The effects of the changes of condensation temperature, superheat and evaporation temperature on the thermal efficiency and the flow rate of refrigerant were also studied. According to the data obtained, the impeller and the water chamber of the pump are designed, the water chamber and the wood model are drawn, and then the condenser is calculated and drawn.

Key words: Organic Rankine Cycle;Working fluid pump;Waste heat recovery;Cyclopentane.

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 有机朗肯循环介绍 1

1.3 有机朗肯循环系统的利用现状 2

1.3.1以太阳能为热源 2

1.3.2以地热能为热源 2

1.3.3以工业余热为热源 3

1.4 有机朗肯循环的工质研究现状 3

1.5存在问题 4

1.6 总结 4

第二章 ORC系统性能分析 6

2.1 ORC系统 6

2.2 ORC系统中状态点参数 7

2.3 性能分析 8

2.4小结 11

第三章 泵的设计 12

3.1 叶轮设计 12

3.1.1 叶轮轴面投影图绘制 12

3.1.2 叶轮中间流线绘制 14

3.1.3 流线分段 16

3.2绘制木模图 17

3.3压水室设计 19

3.3.1螺旋压水室断面设计计算 19

3.3.2 涡室断面面积的确定 20

3.4 小结 21

第四章 管壳式换热器的设计 22

4.1换热器热力计算 22

4.1.1冷凝器进出口数据 22

4.1.2 换热器基础结构计算 24

4.1.3管程计算 25

3.1.4 壳程计算 26

4.1.5压降的计算 27

4.2 换热器结构设计 28

4.2.1 壳体、管箱以及封头结构计算 28

4.2.2管板结构设计以及法兰的选取 29

4.2.3 折流板及拉杆结构设计 30

4.3 小结 30

第五章 总结 32

参考文献 33

致谢 48

附录1有机朗肯循环数值模拟 37

附录2有机朗肯循环系统性能分析 39

附录3.泵的设计程序 41

附录4冷凝器设计 44

1. 绪论
   1. 研究背景

能源是当前世界发展所必须要的，无论是经济的增长还是科技的进步都是与能源的重大发展相关联的。现阶段是我国全面步入小康社会，进入新时代的关键时期，能源将在我国经济高速发展，人民生活水平逐渐提高的过程中起到更为重要的推动作用^[1]。但在对能源需求量逐渐增大的同时也出现了一些问题，我国能源需求对外依存度较高且能源结构并不合理，石油和天然气等优质资源较为稀缺^[2]。在开发利用新能源的同时，人们也对太阳能、地热以及工业中直接排放的大量中低温余热日益重视。

工业是经济发展的命脉，而工业能源消耗约占全国的70%，然而大部分工厂的装置原始设计并没有考虑到对潜热和显热的合理利用，这也是余热资源极大浪费的原因，据中国能源网数据显示，我国工业余热占其燃料的15%～67%且其中大约60%是可以被回收利用的^[3]。随着对系能源的开发，国家在有机朗肯循环发电技术的研究与应用上给予了高度重视，虽然相比于国外发展较晚，但也有了一定的成果，例如西藏那曲地热电站和羊八井地热电站都是ORC在地热发电领域的应用^[4]。有机朗肯循环系统有效的利用了本被浪费的余热资源，减少了余热排放的同时提高了热量的利用率。在国家提倡可持续性发展的今日，有着重要的研究前景。

1.2 有机朗肯循环介绍

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