【摘 要】
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有机朗肯循环(ORC)在余热回收领域有巨大的潜力与优势，可有效提高能源利用率。本文基于能量流理论，综合考虑了流体流动特性以及系统的传热和热力学规律对单工质以及混合工质的ORC系统进行性能优化和参数匹配。 基于热阻模型，对系统中的换热器进行了能量流分析，分别建立了纯工质与混合工质ORC系统的蒸发器和冷凝器能量流模型，考虑到能量的输入输出和热量传递，在系统中引入功源与热动势，并建立了相应的数学模型。
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有机朗肯循环(ORC)在余热回收领域有巨大的潜力与优势，可有效提高能源利用率。本文基于能量流理论，综合考虑了流体流动特性以及系统的传热和热力学规律对单工质以及混合工质的ORC系统进行性能优化和参数匹配。
基于热阻模型，对系统中的换热器进行了能量流分析，分别建立了纯工质与混合工质ORC系统的蒸发器和冷凝器能量流模型，考虑到能量的输入输出和热量传递，在系统中引入功源与热动势，并建立了相应的数学模型。部件模型反应了不同部件的传热特征参数与传递能量之间的直接关系。
基于基尔霍夫定律和热力学约束，分别构造了纯工质与混合工质系统的能量流模型及相应的数学约束方程，揭示了系统的拓扑关系和组件特征，将系统输出与边界条件、结构参数以及运行参数联系起来。与实验和数值模型的验证结果表明，基于能量流模型的计算是可靠的。
对纯工质(R245fa)的ORC系统的性能优化获得了给定设计输出功率下最优的各换热器热导以及流量分配，同时证明了提高热源温度比热源流量对提升系统热力学性能更有效，最优冷凝器热导随着设计净功率的增大而增加，夹点温差(PPTD)和冷凝温度呈现线性降低趋势，而蒸发器侧对应的运行参数则基本不变，说明冷凝器的参数对性能优化的影响更大。
对混合工质ORC系统进行的经济—设计优化的结果表明，当R245fa与其它工质混合时，最佳质量分数随着系统设计输出功的变化趋势由其他工质的临界温度决定。此外，换热器成本是优化中最重要的影响因素，而过热度不利于经济成本。与传统优化方法相比，基于能量流模型的优化中关键参数，如夹点温差，冷凝温度等不固定，最佳运行和设计参数随设计工况和边界条件变化。
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