喷射式动力循环的热力学研究

An Organic Rankine Cycle with Ejector (EORC) and a Kalina Cycle with Ejector (EKalina) were proposed in this project, in which the EORC included two cycles: EORC by vapor-ejector (VEORC) and EORC by liquid-ejector (LEORC). The thermodynamic study will be carried out on these three cycles: VEORC, LEORC and EKalina. To find out the variation and effect of these new cycles due to the addition of ejector compared to the basic cycle of ORC and Kalina.The ejector was the key of the new cycles to find out the interaction relationship between the new cycles' thermodynamic performance and the ejector's performance (injection pressure, entrainment ratio and ejection efficiency), and the research on the liquid-vapor ejector using NH3-H2O. And to carry out the experiment investigations on EORC and Ejector..Research objective: To set up the thermodynamic cycle, cycle's structure and the cycle theory and the application schemes of the VEORC, LEORC and EKalina respectively. To find out the improvement extent and the superiorities compared to the basic cycle of ORC and Kalina by the addition of ejector.

课题提出"喷射式有机朗肯循环（EORC）"与"喷射式卡林那循环（EKalina）"，其中，EORC包括：蒸汽引射型喷射式有机朗肯循环（VEORC），和液体引射型喷射式有机朗肯循环（LEORC）。针对这三种新型动力循环：VEORC、LEORC和EKalina，课题开展热力学研究。相对于基准循环ORC与Kalina，加入喷射技术的新型动力循环热力学性能的变化与影响；喷射器是喷射式动力循环的核心，研究喷射器性能（被引射压力、引射系数及喷射效率等）对喷射式动力循环性能的影响，及（氨水）液－汽型喷射器的研究；和开展EORC的实验研究与喷射器性能的实验研究。.研究目标：分别建立新型动力循环（VEORC、LEORC和EKalina）的热力学循环，循环构成，及其理论与应用方案。相对于基准循环ORC与Kalina，加入喷射技术新型动力循环的热力学性能的提高程度与优势。

由于中低温热能的热功转换能力与效率低，制约了常规动力循环的应用与发展。针对常规动力循环，如有机朗肯循环（organic Rankine cycle, ORC）与卡林那循环（Kalina cycle），本项目提出在常规动力循环基础上增设喷射器，采用喷射器引射膨胀机的排汽，达到降低膨胀机背压，以提高膨胀机的做功能力，构建喷射式动力循环，包括喷射式有机朗肯循环EORC，喷射式跨/超临界朗肯循环ETRC/ESRC和喷射式卡林那循环EKalina。为进行对比性研究，还提出了双级膨胀有机朗肯循环（DORC）。对喷射式动力循环的循环构型、循环原理与循环性能开展热力学研究；研究喷射器性能（被引射压力、引射系数及喷射效率等）对喷射式动力循环性能影响。.研究得到：基于ORC的三种循环的净输出功排序为DORC>EORC>ORC，热效率排序为ORC>DORC>EORC。热力学第二定律分析，㶲效率排序为DORC>EORC>ORC。跨/超临界朗肯循环中的净输出功排序为ESRC>ETRC>SRC>TRC，热效率排序为TRC>SRC>ESRC>ETRC。EKalina循环的输出功与热效率均高于基本Kalina循环。喷射器性能中：混合压力和引射系数一定时，工作流体的引射能力随工作压力的增大不断提高，能够引射更低压力的引射流体，最大引射系数和喷射效率随工作压力增大逐渐增大。另外，研究发现ORC中工质循环存在一净功转折线与对应的热源转折温度，当热源温度高于该热源转折温度时，工质的循环净功不再具有极大值，而是随蒸发温度单调上升，这对工质选择具有指标性作用。.研究结果表明：喷射式动力循环的热力学性能高于其对应的基本循环。这对低温热能的转换与利用增添了应用与发展的潜力与途径。另外，喷射式动力循环作为新型循环形式对热力循环的研究提供了新思路与参考，具有理论意义与价值。.项目研究发表国际刊物SCI论文5篇，EI论文4篇（不包括SCI论文），核心期刊论文1篇；授权发明专利2项。.项目研究完成了项目的预定指标，达到了项目的预期研究目标。