分液冷凝设备-有机朗肯循环系统全工况分层次耦合集成优化

基本信息
批准号:51476037
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:罗向龙
学科分类:
依托单位:广东工业大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈颖,莫松平,华楠,钟天明,陈紫微,郑文贤,许俊俊,朱倩南
关键词:
集成优化多层次分液冷凝器有机朗肯循环多准则
结项摘要

Condenser is a key component of the Organic Rankine Cycle (ORC). The heat transfer enhancement and structure optimization of condenser would make great contribution to the improvement of the overall performance of ORC. It is well known that the global optimization of ORC incorporating heat exchange equipment enhancement is complicated and difficult to be solved. Therefore, in this project, the global optimization problem is decomposed into several sub-problems that are heat exchange enhancement design method, equipment structure optimization, coupling of equipment and system, and ORC system global optimization. A modeling and evaluation framework is established to direct the modeling and solving of the sub-problems as well as total coupling and integration system. The heat exchange enhancement design method is proposed according to the target of ORC system. The simultaneous structure and parameter optimization mathematical programming model of vapor-liquid separation condenser is formulated. A solving algorithm is developed based on GAMS to solve the formulated non-convex mixed integer nonlinear programming model. Then, the coupling and integration of equipment structure optimization model and system global optimization is conducted. A multi-criteria multi-hierarchy design model for the optimization of system operation parameter and equipment structure parameter is formulated. A decomposition and coordination solving strategy is developed to solve the multi-hierarchy coupling model. The research of the project would expand the vapor-liquid separation theory, provide heat exchange enhancement theory guidance for the condenser of ORC, and provide systematic modeling theory and solving strategy for the equipment structure optimization and system global optimization.

冷凝器是有机朗肯循环(ORC)的核心设备,以系统目标驱动的冷凝过程强化和冷凝设备结构优化对提升ORC系统综合性能具有重要贡献;鉴于考虑ORC冷凝设备过程强化的系统综合集成优化问题的复杂性和建模求解的难度,项目建立由冷凝过程强化-冷凝设备结构优化-设备/系统耦合-系统全工况集成优化组成的多层次分解协调的建模和评价体系;以ORC系统评价指标为导向,研究分液冷凝过程强化方法;应用数学规划法建立分液冷凝器内部流程结构和几何参数同步优化数学模型,基于GAMS开发混合整数非线性规划(MINLP)模型求解算法;研究设备-系统层次间耦合方法,建立ORC设备结构参数和系统操作参数全工况多准则多层次集成优化模型并借助GAMS开发分解协调求解策略;该项目的研究将进一步扩展分液冷凝基础理论及其过程强化方法,为ORC换热器强化提供理论支持,为ORC从设备结构优化到系统全工况耦合集成提供系统的建模理论和求解策略。

项目摘要

有机朗肯循环(ORC)是公认最具推广前景的中低温热能发电技术之一,提高效率和降低成本是当前提升ORC竞争力的最有效途径。冷凝器是ORC的核心设备,以系统目标驱动的冷凝过程强化及冷凝设备结构优化对提升ORC系统综合性能具有重要贡献。项目提出了分液冷凝ORC系统,从ORC设备-系统分层次评价指标、分液冷凝过程强化和设备结构优化、探索新型ORC设备结构及系统等方面开展研究,主要结论如下:.1)建立了多级非结构性模糊决策分析评价体系,实现了ORC工质和换热设备的多准则筛选;.2)建立了分液冷凝过程传热流动和结构设计模型并进行了实验验证,对分液冷凝器在不同系统中进行了分析、评价和优化,证明了分液冷凝器相比传统冷凝器在ORC中在热-经济性能优势;.3)提出了分液冷凝器结构参数与ORC系统操作参数同步优化方法,建立了多层次同步优化模型,针对模型特点,开发了分解协调的确定性数学规划优化算法,实现了分液冷凝设备-有机朗肯循环系统多层次全工况同步优化;.4)将分液冷凝与非共沸工质结合,提出了分液冷凝非共沸工质ORC、分液冷凝多级蒸发非共沸工质ORC、分液冷凝组分调控ORC系统,并进行了分析和优化,为ORC提升全工况综合性能提供了新思路;.5)搭建了单管传热流动测试试验台和ORC换热设备-系统测试试验台,开展了变工况实验和高级㶲分析研究,获得了ORC系统性能随工况变化的规律及不同换热器组合对ORC系统性能影响规律,为分液冷凝ORC的应用提供了理论和实践指导。. 发表国际期刊论文12篇,被SCI检索10篇,EI检索2篇;发表国内期刊论文6篇,被EI检索3篇;获授权发明专利8项,获授权实用新型专利6项,获软件著作权2项;培养硕士毕业生8名,在读博士生1名、硕士生6名;国内学术会议特邀报告1次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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