[正版新书]基于有机朗肯循环的中低温热能高效利用 李健 清华大学出版社 中低温热能 有机朗肯循环 非共沸工质 多压

李健，1993年4月生，黑龙江省大庆市人，清华大学能源与动力工程系助理研究员。2011年9月考入清华大学热能工程系能源动力系统及自动化专业，2015年7月本科毕业获得工学学士学位。2015年9月免试进入清华大学能源与动力工程系动力工程及工程热物理学科，2020年6月博士毕业获得工学博士学位；2020年6月博士学位论文被评为清华大学优秀博士学位论文。入选中国博士后创新人才支持计划、中国科协优秀中外青年交流计划、北京市科协青年人才托举工程和清华大学“水木学者”计划，是清华大学优秀博士毕业生。主要研究方向为先进热力循环构建、换热过程强化、工质优选、热力系统设计及变工况特性分析，致力于实现中低温可再生能源和工业余热的高效利用；已在《Applied Energy》、《Energy Conversion and Management》和《Energy》等国内外学术期刊发表SCI论文21篇，EI论文5篇，授权发明专利1项；有2项成果被国外学术网站Science Trends专门报道。曾荣获博士研究生国家奖学金、中国工程热物理学会吴仲华优秀研究生奖、清华大学蒋南翔奖学金、清华大学综合优秀一等奖学金、中日友好NSK机械工学优秀论文奖和北京热物理与能源工程学会青年学术演讲比赛一等奖等学术奖励。

本书提出了构建“多压蒸发、分液冷凝”非共沸工质ORC的新思路，实现了多压蒸发、分液冷凝与非共沸工质的优势叠加、相互促进，突破了传统循环可调性差、对热源适应性不佳的发展瓶颈，同时解决了工质可选种类有限的应用难题，可显著提升中低温热能的热功转换效率。

目 录

第1章 绪论………………………………………………………………… 1
1.1 课题背景及意义 ………………………………………………… 1
1.2 ORC 的研究现状 ………………………………………………… 5
1.2.1 循环工质………………………………………………… 5
1.2.2 循环形式………………………………………………… 7
1.2.3 强化换热 ……………………………………………… 11
1.3 现存问题及本书任务…………………………………………… 15
第2章 纯工质双压蒸发ORC的热力性能分析 ……………………… 18
2.1 本章引言………………………………………………………… 18
2.2 系统建模………………………………………………………… 18
2.2.1 循环形式与工质 ……………………………………… 18
2.2.2 数学模型 ……………………………………………… 21
2.2.3 优化参数与优化方法 ………………………………… 23
2.2.4 模型验证 ……………………………………………… 25
2.3 最佳循环参数…………………………………………………… 25
2.4 热力性能的对比分析…………………………………………… 29
2.5 工质物性对最佳循环的影响…………………………………… 33
2.5.1 最佳循环 ……………………………………………… 33
2.5.2 不同的夹点温差 ……………………………………… 37
2.5.3 不同的热源流体种类 ………………………………… 39
2.6 性能分析 …………………………………………………… 40
2.6.1 分析模型 ……………………………………………… 40
2.6.2 吸热过程 损 ………………………………………… 42
2.6.3 循环 效率 …………………………………………… 45
2 0 基于有机朗肯循环的中低温热能高效利用
2.6.4 双压蒸发循环的 损分布 …………………………… 46
2.7 本章小结………………………………………………………… 48
第3章 非共沸工质与双压蒸发循环的结合优势 ……………………… 49
3.1 本章引言………………………………………………………… 49
3.2 分析模型………………………………………………………… 49
3.3 热源入口温度的影响…………………………………………… 52
3.3.1 最佳循环参数 ………………………………………… 52
3.3.2 系统热力性能 ………………………………………… 56
3.4 工质组分的影响………………………………………………… 61
3.4.1 最佳循环参数 ………………………………………… 61
3.4.2 系统热力性能 ………………………………………… 65
3.5 性能分析 …………………………………………………… 67
3.6 应用潜力评估…………………………………………………… 76
3.7 本章小结………………………………………………………… 80

第4章 超临界-亚临界吸热过程耦合的优势评估 ……………………… 82
4.1 本章引言………………………………………………………… 82
4.2 分析模型………………………………………………………… 82
4.2.1 循环与工质 …………………………………………… 82
4.2.2 数学模型 ……………………………………………… 84
4.3 最佳循环参数…………………………………………………… 85
4.4 热力性能的分析对比…………………………………………… 91
4.5 性能分析 …………………………………………………… 94
4.6 不同工质的适用性评估………………………………………… 97
4.7 本章小结………………………………………………………… 98

第5章 双压蒸发ORC的热经济性能分析 …………………………… 100
5.1 本章引言 ……………………………………………………… 100
5.2 系统建模 ……………………………………………………… 100
5.2.1 系统与工质…………………………………………… 100
目 录 21
5.2.2 数学模型……………………………………………… 101
5.3 最佳循环参数 ………………………………………………… 104
5.4 系统热经济性能 ……………………………………………… 106
5.4.1 最小单位投资成本…………………………………… 106
5.4.2 部件成本占比………………………………………… 107
5.5 与单压蒸发循环对比 ………………………………………… 109
5.6 预热器和蒸发器中工质流率的影响 ………………………… 118
5.7 冷凝过程夹点温差和冷却水温升的影响 …………………… 119
5.8 不同工质的对比分析 ………………………………………… 121
5.9 本章小结 ……………………………………………………… 123

第6章 分液冷凝器的设计准则与应用潜力评估……………………… 125
6.1 本章引言 ……………………………………………………… 125
6.2 分液冷凝器的分析模型 ……………………………………… 125
6.2.1 管壳式分液冷凝器介绍……………………………… 125
6.2.2 参数选取与数学模型………………………………… 127
6.3 管壳式分液冷凝器的分析设计 ……………………………… 128
6.4 系统层面的分析评估 ………………………………………… 136
6.4.1 系统建模……………………………………………… 136
6.4.2 单位投资成本的下降量……………………………… 137
6.4.3 在单压蒸发循环和双压蒸发循环中的优势对比…… 141
6.4.4 不同工质的对比……………………………………… 144
6.5 本章小结 ……………………………………………………… 145

第7章 分液冷凝对非共沸工质ORC的性能提升 …………………… 147
7.1 本章引言 ……………………………………………………… 147
7.2 系统建模 ……………………………………………………… 147
7.2.1 系统布置……………………………………………… 147
7.2.2 数学模型……………………………………………… 149
7.3 传统冷凝方法的冷凝器购买成本 …………………………… 151
7.4 参数的最佳选取 ……………………………………………… 153
2 2 基于有机朗肯循环的中低温热能高效利用
7.4.1 最佳分液热力学状态………………………………… 153
7.4.2 最佳循环参数………………………………………… 155
7.5 性能对比 ……………………………………………………… 159
7.5.1 冷凝换热系数对比…………………………………… 159
7.5.2 净输出功对比………………………………………… 162
7.5.3 单位投资成本对比…………………………………… 165
7.6 应用潜力评估 ………………………………………………… 168
7.7 本章小结 ……………………………………………………… 171
第8章 结论与展望……………………………………………………… 172

参考文献…………………………………………………………………… 176

在学期间发表的学术论文与研究成果…………………………………… 193

致谢………………………………………………………………………… 196