hrvatski

Optimizacija organskog Rankineovog ciklusa ograničena primjenom kompaktnih izmjenjivača topline

U doktorskoj disertaciji analiziran je organski Rankineov ciklus male nazivne snage u kojem se koristi otpadna toplina iz srednjetemperaturnih izvora topline, ispušnih plinova motora s unutarnjim izgaranjem koji bi bio pogodan za primjenu na mobilnim jedinicama, naročito teškim kamionima. Dan je osvrt na mogućnosti i uvjete korištenja različitih vrsta radnih fluida u takvom organskom Rankineovom ciklusu. Postavljen je matematički model Rankineovog ciklusa temeljen na zakonima očuvanja mase i energije, a koji uključuje i termodinamički proračun izmjenjivača topline (cijevnih i pločastih orebrenih), temeljen na eksperimentalnim mjerenjima koeficijenata prijelaza topline i faktora trenja. Na osnovi matematičkog modela napisan je programski kod za dvije optimizacije ciklusa: prva je teorijska optimizacija u kojoj se zanemaruju padovi tlaka u izmjenjivačima topline i pretpostavljaju koeficijenti prolaza topline u izmjenjivačima topline, a druga je tehnička optimizacija, u kojoj je uključen termodinamički proračun izmjenjivača topline gdje se iz eksperimentalno određenih korelacijskih funkcija računaju koeficijenti prolaza topline i padovi tlaka u izmjenjivačima topline. U optimizaciji se koristi funkcija cilja koja obuhvaća dva kontradiktorna zahtjeva: što veću dobivenu snagu ciklusa uz što manju površinu izmjenjivača topline. Kao rezultat takve optimizacije dobivena je Pareto zavisnost dobivene snage ciklusa i ukupne površine izmjenjivača topline, što čini podlogu za projektiranje takvih sustava. Dvije optimizacijske metode su primijenjene na primjeru Rankineova ciklusa za rekuperaciju otpadne topline ispušnih plinova za karakteristični režim rada kamionskog motora, pri čemu je analizirana primjena četiri različita radna fluida: voda, etanol, toluen i MM, u konfiguracijama ciklusa s regeneratorom ili bez njega i s isparivačem ili bez njega. Također su uzeta u obzir dva tlaka kondenzacije: atmosferski tlak i tlak kondenzacije ograničen okolišnom temperaturom. Zaključeno je da dvije optimizacije rezultiraju značajno različitim površinama izmjenjivača topline (razlika je od 10 do 40%), te da teorijska optimizacija s pretpostavljenim parametrima izmjenjivača topline može doprinijeti manje efikasnom iskorištavanju otpadne topline. U konkretno analiziranom primjeru, temeljem tehničke optimizacije je zaključeno da su etanol i voda najbolji izbor za radni fluid. U slučaju vrlo ograničenog prostora za izmjenjivače kada je snaga znatno smanjena u odnosu na maksimalno moguću snagu, toluen se ističe kao dobar izbor za radni fluid.

kompaktni izmjenjivači topline, organski Rankineov ciklus, optimizacija, Pareto zavisnost, minimalna površina izmjenjivača topline, maksimalna snaga ORC

nije evidentirano