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地球内部蕴藏着巨大的地热能资源,在新世纪能源发展中扮演着不可忽视的角色。相对于其他可再生能源,稳定性和连续性成为地热能的最大优势,因此,地热能在未来能源利用可以供应稳定、连续的基础负荷,必将在国家将来可再生能源利用结构中占据越来越重要的位置。 近年来,国内外学者针对中低温地热发电系统开展了大量的研究,研究表明采用有机朗肯循环(ORC)发电是简便且高效的技术之一。而蒸发器是ORC发电系统的关键部件,也是整个ORC发电系统中炯损失最大的设备之一,提高蒸发器的传热性能和蒸发效率对于系统性能提高和工程投资具有重要意义。水平管降膜蒸发器是一种高效的蒸发设备,具有换热效率高、设备体积小、设备成本低等优点,目前主要应用在海水淡化、吸收式制冷、蒸汽压缩式制冷等领域,而尚未发现水平管降膜蒸发器应用于地热发电系统中的研究,因此开展水平管降膜蒸发技术的研究,将为设计生产应用于低温地热ORC发电系统和其他领域的高效蒸发器设备提供重要的技术依据和理论基础。本文针对低温地热ORC发电系统和水平管降膜蒸发的研究的主要内容如下: 1.本文以PPH(单位质量地热水产生的净功率)作为优化目标,构建了ORC循环的热力学模型,并对其进行了全面的分析。理论分析结果表明,在本文讨论的范围内,R245fa是最佳工质;系统存在最佳的蒸发器窄点温差和冷凝器端部温差,其范围均为5-7K;系统的最佳蒸发温度不仅与热源温度和冷凝温度有关,而且还取决于所采用工质的热物性。 2.本文采用R245fa为工质搭建实验平台,对水平管降膜蒸发传热系数的影响因素进行了研究。实验从流动形态入手,通过对液膜流动的观测实验,细致阐述了水平管降膜流体下落和液膜铺展的物理过程,深入探讨了流型转换所需的喷淋雷诺数和影响因素,并以此印证流动形态对换热过程的影响。讨论了喷淋密度对管外传热系数的影响,同时定义了最优喷淋雷诺数Recr,以用于深入剖析水平管降膜流动的传热过程。通过对管外液膜的变化人手,讨论了热水流量、热水温度、冷却水流量等因素对传热系数的影响。在实验过程中还发现当管内热水流速不变时,管内换热系数受其他因素的影响不大。 3.通过分析实验结果,对现有水平管降膜蒸发管外经验公式的参数加以修正,获得了多因素共同作用下管外蒸发传热系数的实验关联式,为水平管降膜蒸发技术实际应用提供实验依据。