[发明专利]一种多目标循环性能优化筛选混合工质的方法

说明书

本发明公开了一种多目标循环性能优化筛选混合工质的方法，只需给定制冷、热泵、有机朗肯的工作条件(蒸发温度、冷凝温度)和混合工质组分，以性能系数COP或热效率η_t及制热量/制冷量或输出功等为多目标函数，将排气压力、压缩比、排气温度等确定为约束条件，即可获得工质的最佳配比及目标函数值。本发明提出的多目标循环性能优化筛选混合工质的方法，适用于制冷、热泵及有机朗肯等多种热力循环的混合工质的筛选。并通过调用现有工质物性计算软件中的工质热物性，进行理论循环计算，节约了计算的时间，提高了计算结果的精确性。

技术领域

本发明属于新型混合工质开发领域，特别涉及一种基于多目标优化，可便捷调用既有工质性质，并将其用于制冷、热泵及朗肯循环等热力循环的计算程序。

背景技术

随着世界各国对环境问题的日益关注，《蒙特利尔议定书》规定：于2013年将HCFC类物质的生产和消耗量冻结在2009和2010平均水平的基线之上，并在之后逐渐削减HCFC类物质的使用量。与此同时，为了应对日益严重的全球变暖现象，国际上开始对HFC类物质的使用也加以限制。因此，面对大量制冷剂即将被淘汰的现状，对制冷剂的替代研究愈来愈重要。为了获得性能优良且环保的替代工质，混合工质的研究逐渐成为全球替代工质的研究热点。

近几年来，我国的低温余热废热浪费极其严重，且这些余废热直接排入大气中，严重破坏了生态环境。同时，在工业生产中，大规模的工业过程又存在着对大量更高温度品质(集中在100℃以上)热量的需求。因此，面对能耗浪费严重、环境污染严峻、用户需求高的现象，余热废热利用技术不断发展。其中，研究最广的就是以有机朗肯循环为代表的动力循环及以高温热泵循环为代表的蒸汽压缩循环。有机朗肯循环将低品位的中、低温热能转换为高品位的电能，通过此技术可取得较高的能源效率。高温热泵技术可将废热提升到高温度区域(100℃以上)，将产生的高品质能再回用到系统中去，实现过程自身的能量回收和利用，在工业领域，具有广泛的应用前景。

而无论是有机朗肯循环还是制冷/热泵技术，工质的筛选在其应用中均最为重要，工质性质的好坏直接影响和决定系统的性能参数，如COP、制热量/制冷量或输出功等方面。

目前，针对以上热力循环工质的筛选，大多数研究仅是建立一对一的理论循环计算模型，通过重复计算循环性能参数来对某种热力循环工质进行初筛，再通过实验对工质进行最后的筛选。因工质的循环性能包括多方面，各性能之间也存在相互冲突的问题，往往某个循环性能的改善会导致其他循环性能的降低。因此工质筛选过程需不断进行重复计算，尤其对于混合工质来说，为获得最佳的工质配比往往需要综合衡量工质各热力循环性能，反复调整配比进行计算。由此，造成了巨大的计算工作量。

在热力循环理论计算过程中，需要获得工质焓、熵等热力学性质。传统获得工质性质的方法有查表法及公式法。查表法的优点在于可直接利用现有资源，但是工质种类较多，若均采用查表法，会造成计算过程复杂，工作量较大等问题，且现有图表资源有限，未必包括所有种类的工质。公式法是利用状态方程计算工质的热力学性质，其包含多种形式的状态方程，计算过程也可通过计算机来实现，但是状态方程适用范围的局限性，导致其只能计算固定类的工质，无法实现应用上的普适性。

此外，国内外存在诸多工质热物性计算可供使用。TDWX1.0为天津大学杨昭等人开发的制冷剂物性计算软件，它适合于38种纯工质、16种已被ASHRAE命名的混合工质和自定义混合工质的热物性计算。ASPEN PLUS是由麻省理工大学开发的过程流程模拟软件，其有庞大的基础物性数据库，包含5000个纯组分及5000多个二元混合物。AP1700物性网站，专注于工业领域基础数据物性参数精准计算与模型开发，其可与.NET,J2EE和COM的平台对接，可以被C++，C#，VB，JAVA，FORTRAN等语言调用，但使用时需交付一定的费用。REFPROP是由美国国家标准与技术研究所开发的国际权威制冷剂物性计算软件，其是冷媒性质函数库的标杆，是美国冷冻空调工程学会及国际制冷协会出版的冷媒物理性质表的数据来源，REFPROP软件也预留了多种编程软件的接口，使用者可通过编写接入代码，直接对工质物性进行调用。