CN103995974A - 超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法，它包括以下步骤：(1)冷流体的温度变化按超临界流体参数的前提下，首先计算出换热器进口处的热流体和冷流体的温度差以及换热器出口处的热流体和冷流体的温度差；(2)将换热器的整个换热过程按照热流体的温度在中点温度处分为第一两段，按照能量守恒定律计算出中点处的热流体和冷流体的第一温度差值；(3)将分成的两段热流体按照热流体的温度在每一段热流体的中点温度处分成第二两段进行计算，温度差值最小处周围区域为窄点温差可能出现的区段。采用本方法可以有效提高设计精度与效率。

Description

超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法

技术领域

本发明属涉及换热器领域，具体涉及一种窄点位置确定方法。

背景技术

近年来，有机朗肯循环技术在余热利用领域的应用逐渐引起人们的重视，超临界朗肯循环在某些场合具有非常明显的优势。换热器作为有机朗肯循环系统的关键部件，对系统的性能与成本起到决定性的作用。其中，换热器的窄点位置直接关系到换热器的换热量，进而影响换热器的换热面积与制造成本。同时，换热器窄点位置的确定也是换热器设计计算的一个难点所在，对于超临界循环换热器，一直没有一个简单有效的窄点位置确定方法。传统超临界循环窄点位置确定方法一般采用指定法或估算法，计算偏差较大，且需要具有丰富的经验。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够简单有效、准确的确定换热器窄点位置的超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法，它包括以下步骤：

(1)冷流体的温度变化按超临界流体参数的前提下，首先计算出换热器进口处的热流体和冷流体的温度差以及换热器出口处的热流体和冷流体的温度差；

(2)将换热器的整个换热过程按照热流体的温度在中点温度处分为第一两段，按照能量守恒定律计算出中点处的热流体和冷流体的第一温度差值；

(3)将分成的两段热流体按照热流体的温度在每一段热流体的中点温度处分成第二两段，分别计算出两个第二两段中点处的热流体和冷流体的第二、第三温度差值，对比第一、第二、第三温度差值的值的大小，温度差值最小处周围区域为窄点温差可能出现的区段，舍弃窄点温差不可能出现的区段；

(4)然后再对窄点温差所处的区段重复所述的步骤(3)，重复的次数根据所需的精度选取，最终确定窄点温差和窄点的位置。

本发明的优点在于：该方法通过将整个换热过程分段，并对端点处冷热流体的温差进行对比，从而不断缩小窄点所处的范围，最终通过重复的计算对比确定窄点的位置。本方法简单有效、准确，易于程序化，可以根据情况选择计算精度。本方法可以有效提高设计精度与效率。

附图说明

图1为采用本发明的超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法对第一种窄点情况的确定；

图2为采用本发明的超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法对第二种窄点情况的确定；

图3为采用本发明的超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法对第三种窄点情况的确定。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

超临界循环换热器窄点位置的确定有以下前提：换热器冷热流体换热过程只有一个窄点位置，热流体的比热为定值，温度变化近似为线性。

本发明的超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法基于上述前提，它包括以下步骤：(1)冷流体的温度变化按超临界流体参数的前提下，首先计算出换热器进口处的热流体和冷流体的温度差Tp以及换热器出口处的热流体和冷流体的温度差Ts；(2)将换热器的整个换热过程按照热流体的温度在中点温度处分为第一两段，按照能量守恒定律计算出中点处的热流体和冷流体的第一温度差值Ta，(3)将分成的两段热流体按照热流体的温度在每一段热流体的中点温度处分成第二两段，分别计算出两个第二两段中点处的热流体和冷流体的第二、第三温度差值Tb、Tc，对比第一、第二、第三温度差值Ta、Tb、Tc的值的大小，温度差值最小处周围区域为窄点温差可能出现的区段，舍弃窄点温差不可能出现的区段；(4)然后再对窄点温差所处的区段重复所述的步骤(3)，重复的次数根据所需的精度选取，最终确定窄点温差和窄点的位置。

实施例1

如图1，由T_h,out、T_h,in、T_f,out、T_f,in可知这几点对应的比焓值h_h,out、h_h,in、h_f,out、h_f,in。

T_p＝T_h,out-T_f,in

T_s＝T_h,in-T_f,out

其中，因热流体入口温度与冷流体出口温度为已知，所以Ts不可能为窄点温差。

冷热流体的换热量分别为

Q_h＝M_h*(h_h,in-h_h,out)

Q_f＝M_f*(h_f,out-h_f,in)

Q＝Q_h＝Q_f

其中，M_h、M_f分别为热流体与冷流体的质量流量。

取

T_h,1＝(T_h,out+T_h,in)/2

T_h,2＝(T_h,out+T_h,1)/2

T_h,3＝(T_h,1+T_h,in)/2

则，由能量关系求得T_f,1、T_f,2、T_f,3。

T_a＝T_h,1-T_f,1

T_b＝T_h,2-T_f,2

T_c＝T_h,3-T_f,3

由几个前提条件可知，不存在Ta>Tb且Ta>Tc。

当Tb<Ta<Tc时，可知窄点位于pa段内。

对pa段重复n次以上计算过程(n值根据计算精度的要求选取)，则可确定窄点的位置和窄点温差的大小。

实施例2

如图2，由T_h,out、T_h,in、T_f,out、T_f，in可知这几点对应的比焓值h_h,out、h_h,in、h_f,out、h_f,in。

T_p＝T_h,out-T_f,in

T_s＝T_h,in-T_f,out

其中，因热流体入口温度与冷流体出口温度为已知，所以Ts不可能为窄点温差。

冷热流体的换热量分别为

Q_h＝M_h*(h_h,in-h_h,out)

Q_f＝M_f*(h_f,out-h_f,in)

Q＝Q_h＝Q_f

其中，M_h、M_f分别为热流体与冷流体的质量流量。

取

T_h,1＝(T_h,out+T_h,in)/2

T_h,2＝(T_h,out+T_h,1)/2

T_h,3＝(T_h,1+T_h,in)/2

则，由能量关系求得T_f,1、T_f,2、T_f,3。

T_a＝T_h,1-T_f,1

T_b＝T_h,2-T_f,2

T_c＝T_h,3-T_f,3

由几个前提条件可知，不存在Ta>Tb且Ta>Tc。

当Ta<Tb且Ta<Tc时，窄点位于bc段内。

对bc段重复n次以上计算过程(n值根据计算精度的要求选取)，则可确定窄点的位置和窄点温差的大小。

实施例3

如图3，由T_h,out、T_h,in、T_f,out、T_f,in可知这几点对应的比焓值h_h,out、h_h,in、h_f,out、h_f,in。

T_p＝T_h,out-T_f,in

T_s＝T_h,in-T_f,out

其中，因热流体入口温度与冷流体出口温度为已知，所以Ts不可能为窄点温差。

冷热流体的换热量分别为

Q_h＝M_h*(h_h,in-h_h,out)

Q_f＝M_f*(h_f,out-h_f,in)

Q＝Q_h＝Q_f

其中，M_h、M_f分别为热流体与冷流体的质量流量。

取

T_h,1＝(T_h,out+T_h,in)/2

T_h,2＝(T_h,out+T_h,1)/2

T_h,3＝(T_h,1+T_h,in)/2

则，由能量关系求得T_f,1、T_f,2、Tf_,3。

T_a＝T_h,1-T_f,1

T_b＝T_h,2-T_f,2

T_c＝T_h,3-T_f,3

由几个前提条件可知，不存在Ta>Tb且Ta>Tc。

当Tc<Ta<Tb时，窄点位于as段内。

对as段重复n次以上计算过程(n值根据计算精度的要求选取)，则可确定窄点的位置和窄点温差的大小。

Claims (1)

1.超临界有机朗肯循环换热器窄点位置确定方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)冷流体的温度变化按超临界流体参数的前提下，首先计算出换热器进口处的热流体和冷流体的温度差以及换热器出口处的热流体和冷流体的温度差；

(2)将换热器的整个换热过程按照热流体的温度在中点温度处分为第一两段，按照能量守恒定律计算出中点处的热流体和冷流体的第一温度差值；

(3)将分成的两段热流体按照热流体的温度在每一段热流体的中点温度处分成第二两段，分别计算出两个第二两段中点处的热流体和冷流体的第二、第三温度差值，对比第一、第二、第三温度差值的值的大小，温度差值最小处周围区域为窄点温差可能出现的区段，舍弃窄点温差不可能出现的区段；

(4)然后再对窄点温差所处的区段重复所述的步骤(3)，重复的次数根据所需的精度选取，最终确定窄点温差和窄点的位置。