湯 磊，王羽平，楊 平，耿孝儒，翁一武

（上海交通大學(xué) 動(dòng)力機(jī)械與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240）

溫度低于150℃的低品位熱能廣泛分布于自然界和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，其種類(lèi)繁多且總量巨大，如熱力發(fā)電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)和化工生產(chǎn)過(guò)程中的工業(yè)余熱，以及在我國(guó)廣泛分布的地?zé)崮?、太?yáng)熱能和生物質(zhì)能等，若不回收利用，則會(huì)造成能源的巨大浪費(fèi)，因此高效地利用這部分低品位熱能資源對(duì)緩解能源緊張，促進(jìn)我國(guó)能源事業(yè)的發(fā)展有很大的作用.有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為低品位熱能利用的最佳形式之一［1-3］.目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)ORC發(fā)電系統(tǒng)的研究大多基于亞臨界工況，只有部分學(xué)者針對(duì)超臨界工況進(jìn)行了研究.Saleh等［4］論述了超臨界ORC 回收地?zé)崮艿臐摿?；Zhao等［5］研究了有機(jī)物工質(zhì)R134a在超臨界壓力下的管內(nèi)流動(dòng)與傳熱特性；Baik等［6］發(fā)現(xiàn)在熱源溫度為100℃時(shí)以R125作為超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)比以CO2作為工質(zhì)時(shí)的效率高14%，還詳細(xì)比較了利用R125 作為工質(zhì)的超臨界ORC與利用氫氟烴作為工質(zhì)的亞臨界ORC 的區(qū)別；黃曉艷等［7］得出超臨界循環(huán)具有比亞臨界循環(huán)更低的不可逆損失；馬一太等［8］指出超臨界流體最優(yōu)壓力的選擇對(duì)系統(tǒng)工況的確定具有重要意義；Zhang等［9］比較了亞臨界ORC 系統(tǒng)與超臨界ORC 系統(tǒng)的熱力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性；Baik 等［10］認(rèn)為利用R125作為工質(zhì)的超臨界循環(huán)表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益；Schuster等［11］研究了超臨界ORC 的效率優(yōu)化潛力.

超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)以較高的熱效率實(shí)現(xiàn)了低品位熱能向高品位電能的轉(zhuǎn)化，并將電能供給相關(guān)配套設(shè)施使用，能提升生產(chǎn)過(guò)程的能量綜合利用率.由于超臨界ORC 工況在工質(zhì)選擇、加熱過(guò)程和系統(tǒng)性能方面有別于亞臨界工況，因此在熱源工作參數(shù)限制下分析這3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題對(duì)超臨界ORC 發(fā)電系統(tǒng)回收低品位熱能具有重要作用.

1 超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)

1.1 超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)工作原理

超臨界ORC 發(fā)電系統(tǒng)主要由超臨界加熱器、膨脹機(jī)、凝汽器和增壓泵組成，其工作流程如圖1所示.超臨界加熱器內(nèi)液態(tài)有機(jī)物工質(zhì)被加熱至超臨界狀態(tài)，而后進(jìn)入膨脹機(jī)做功，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，接著工質(zhì)進(jìn)入凝汽器內(nèi)冷凝放熱，再經(jīng)過(guò)增壓泵加壓后回到超臨界加熱器，以此循環(huán)完成低品位熱能的發(fā)電過(guò)程.

圖1 超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of a supercritical ORC power generation system

圖2 超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)工作過(guò)程溫熵圖Fig.2 T-s diagram of a supercritical ORC power generation system

系統(tǒng)熱力循環(huán)過(guò)程可以從圖2的溫熵圖看出：1-2為工質(zhì)跨臨界膨脹過(guò)程；2-3為工質(zhì)等壓冷凝過(guò)程；3-4為增壓泵將液態(tài)有機(jī)物工質(zhì)加壓至超過(guò)臨界壓力過(guò)程；4-1為超臨界壓力下的等壓跨臨界加熱過(guò)程.

1.2 超臨界ORC發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)模型

根據(jù)超臨界ORC 工作過(guò)程，結(jié)合熱力學(xué)原理建立系統(tǒng)各部件的熱力學(xué)模型.

超臨界加熱器熱平衡方程：

膨脹機(jī)輸出功：

凝汽器熱平衡方程：

增壓泵耗功［3］：

式中：qm，h為熱源質(zhì)量流量；qm，w為工質(zhì)質(zhì)量流量；qm，c為冷卻介質(zhì)質(zhì)量流量；ηe為加熱器換熱效率；ηc、ηt和ηm分別為凝汽器換熱效率、膨脹機(jī)絕熱效率和膨脹機(jī)機(jī)械效率；h1～h8為各點(diǎn)焓值；ηp為工質(zhì)泵效率；v3和v4分別為增壓泵工質(zhì)進(jìn)、出口比體積；p3和p4分別為增壓泵工質(zhì)進(jìn)、出口壓力.

1.3 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)

系統(tǒng)循環(huán)熱效率：

單位質(zhì)量熱源流體輸出功：

超臨界加熱器熱匹配度（Matching Performance Criterion，MPC）定義為換熱過(guò)程中工質(zhì)溫度變化率與熱源溫度變化率之比的負(fù)數(shù)［12］.

式中：CMP為超臨界加熱器熱匹配度；下標(biāo)w 表示工質(zhì)，h表示熱源.

2 工質(zhì)選擇與換熱分析

2.1 工質(zhì)選擇

工質(zhì)的選擇會(huì)影響系統(tǒng)的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性及系統(tǒng)循環(huán)熱效率.不同的有機(jī)物工質(zhì)可回收不同溫度范圍的低品位熱能，對(duì)系統(tǒng)承受壓力范圍的要求也不同.超臨界循環(huán)工質(zhì)必須滿(mǎn)足熱力學(xué)和環(huán)保等各方面的要求.

2.1.1 工質(zhì)物性

為保證系統(tǒng)在超臨界工況下運(yùn)行，工質(zhì)臨界溫度應(yīng)高于系統(tǒng)冷凝溫度，由于工質(zhì)在膨脹機(jī)入口為超臨界狀態(tài)，因熱源溫度限定，工質(zhì)的臨界溫度應(yīng)低于發(fā)電系統(tǒng)最高循環(huán)溫度.凝汽器壓力過(guò)低易出現(xiàn)空氣滲入，壓力過(guò)高會(huì)降低工質(zhì)做功能力，增大增壓泵的耗功；冷凝溫度較低會(huì)增加冷凝設(shè)備能耗，溫度較高又會(huì)降低工質(zhì)對(duì)膨脹機(jī)的做功能力，增加凝汽器不可逆損失，降低系統(tǒng)循環(huán)熱效率，因此應(yīng)根據(jù)工質(zhì)臨界點(diǎn)和合理的冷凝條件選擇工質(zhì).

對(duì)于工質(zhì)流動(dòng)性和導(dǎo)熱性，黏度小的工質(zhì)在循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中壓力損失較小，流動(dòng)性好，增壓泵的耗功較小，導(dǎo)熱系數(shù)高的工質(zhì)具有更好的換熱性能，可降低換熱器的不可逆損失.超臨界工況下系統(tǒng)壓力與溫度處于相對(duì)較高的水平，故還需慎重考慮化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等因素.

合適的工質(zhì)必須滿(mǎn)足安全性和環(huán)保性要求，根據(jù)ASHRAE 安全級(jí)別選擇毒性小且不可燃的工質(zhì).另外根據(jù)《蒙特利爾議定書(shū)》和《京都議定書(shū)》，工質(zhì)溫室效應(yīng)指數(shù)（Global Warming Potential，GWP）值應(yīng)小于5 000，臭氧層衰減指數(shù)（Ozone Depletion Potential，ODP）值最好為0.

根據(jù)超臨界循環(huán)要求，設(shè)定熱源入口溫度為398K 后，工質(zhì)臨界溫度Tcr應(yīng)低于該值，臨界壓力pcr大小適宜.在不考慮非共沸工質(zhì)情況下，從50余種常用制冷劑中初步篩選出8種合適的工質(zhì)，其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1.

2.1.2 工質(zhì)干濕性

為了保證膨脹機(jī)安全穩(wěn)定工作，應(yīng)使工質(zhì)在膨脹機(jī)膨脹過(guò)程中始終保持過(guò)熱狀態(tài).以溫熵圖上工質(zhì)飽和蒸汽線(xiàn)斜率的倒數(shù)ξ＝ds／dT作為工質(zhì)干濕性的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：ξ＞0為干性工質(zhì)；ξ＜0為濕性工質(zhì)；ξ≈0為絕熱工質(zhì).ξ值的大小可以衡量工質(zhì)干濕性程度，目前的計(jì)算公式僅在工質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)附近有較好的驗(yàn)證結(jié)果，準(zhǔn)確的ξ值可根據(jù)工質(zhì)物性計(jì)算得出，結(jié)果見(jiàn)圖3.由圖3可以看出，除R227ea為干性工質(zhì)外，其余均為濕性工質(zhì)，且R32的濕性最強(qiáng).

表1 初選的8種合適工質(zhì)Tab.1 Eight suitable working mediums preliminarily selected

圖3 工質(zhì)干濕程度ξ值隨飽和溫度的變化曲線(xiàn)Fig.3 Moisture of working mediumξvs.saturation temperature

在確定的冷凝溫度和壓力下，不同工質(zhì)的膨脹機(jī)出口溫度與膨脹機(jī)出口過(guò)熱度不同，工質(zhì)干濕性程度對(duì)工質(zhì)膨脹過(guò)程和膨脹機(jī)出口過(guò)熱度有較大影響.在熱源條件限定下，為避免工質(zhì)在膨脹機(jī)出口有較大過(guò)熱度，超臨界ORC 較適合采用絕熱工質(zhì)或濕性程度不太大的濕性工質(zhì).

對(duì)于超臨界ORC 循環(huán)采用干性工質(zhì)的情況，需避免工質(zhì)在膨脹過(guò)程中段進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，當(dāng)工質(zhì)溫度低于干濕性轉(zhuǎn)換點(diǎn)后工質(zhì)干性程度迅速增加，在膨脹機(jī)出口處有很大過(guò)熱度，這部分熱量可通過(guò)回?zé)嵫h(huán)來(lái)減少加熱器熱負(fù)荷和凝汽器冷負(fù)荷，提高系統(tǒng)循環(huán)熱效率；對(duì)于濕性工質(zhì)，需避免工質(zhì)在膨脹過(guò)程末段進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，需要更高的膨脹機(jī)入口溫度.因此，無(wú)回?zé)岬某R界ORC 發(fā)電系統(tǒng)不宜采用R227ea作為工質(zhì).

2.2 超臨界加熱器換熱計(jì)算

有機(jī)物工質(zhì)在超臨界加熱器中的傳熱效率直接影響系統(tǒng)性能.不同于亞臨界工況，工質(zhì)在超臨界加熱器內(nèi)沒(méi)有恒溫蒸發(fā)過(guò)程，直接從液態(tài)加熱到超臨界狀態(tài)，這種不斷吸熱的變溫過(guò)程能很好地與無(wú)相變熱源的變溫特性匹配，達(dá)到比亞臨界工況更好的換熱效果和更低的不可逆損失.目前，超臨界換熱計(jì)算沒(méi)有準(zhǔn)確的理論計(jì)算公式，存在的一些實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式主要是針對(duì)水、二氧化碳和氨等無(wú)機(jī)物的.對(duì)于有機(jī)物工質(zhì)的超臨界換熱計(jì)算，一般采用文獻(xiàn)［13］中通過(guò)超臨界加熱實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式.

超臨界流體的優(yōu)良物性使得其在流動(dòng)和換熱方面比亞臨界工質(zhì)更有優(yōu)勢(shì).另外，超臨界加熱過(guò)程中，工質(zhì)在靠近臨界點(diǎn)附近時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)、動(dòng)力黏度和密度等物性會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，特別是比熱容會(huì)劇烈變化，使得普通的傳熱計(jì)算存在偏差.實(shí)際計(jì)算中，采用限定最小換熱溫差的離散計(jì)算方法以提高計(jì)算準(zhǔn)確性.圖4給出了在4.5 MPa的超臨界壓力下工質(zhì)R134a主要物性參數(shù)隨溫度的變化曲線(xiàn).

圖4 超臨界加熱過(guò)程中工質(zhì)R134a主要物性參數(shù)隨溫度的變化曲線(xiàn)Fig.4 Physical properties of medium R134avs.temperature in heating process

3 結(jié)果與分析

以化工生產(chǎn)中的飽和液態(tài)甲苯作為余熱熱源，換熱過(guò)程中熱源不發(fā)生相變，使用Matlab軟件編程并調(diào)用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的制冷劑物性軟件RefProp 8.0進(jìn)行仿真計(jì)算.

3.1 熱源與工質(zhì)的熱匹配

文獻(xiàn)［12］提出了熱源與工質(zhì)在換熱器中熱匹配度的評(píng)價(jià)公式，指出熱源放熱線(xiàn)與工質(zhì)吸熱線(xiàn)越平行，換熱溫差分布越均勻，兩者的熱匹配度越好.熱匹配度高意味著換熱器運(yùn)行工況優(yōu)良，能避免局部傳熱惡化現(xiàn)象的發(fā)生.

現(xiàn)分析R290在對(duì)比溫度Tr＝T／Tcr＝1.1和對(duì)比壓力pr＝p／pcr＝1.1時(shí)與無(wú)相變熱源的熱匹配情況，采用離散換熱模型將加熱器按換熱量等分為多個(gè)微元段計(jì)算，結(jié)果示于圖5.對(duì)比溫度Tr＝1.1時(shí)，對(duì)比壓力pr越低，工質(zhì)臨界點(diǎn)附近的溫度滑移線(xiàn)斜率就越小，因該處工質(zhì)比熱容突然增大，當(dāng)pr＝2時(shí)工質(zhì)比熱容變化較小，尤其在換熱后段工質(zhì)狀態(tài)曲線(xiàn)幾乎與熱源線(xiàn)平行，且處于最小溫差狀態(tài)；對(duì)比壓力pr＝1.1時(shí)，對(duì)比溫度越低，工質(zhì)的狀態(tài)曲線(xiàn)越平滑，與熱源線(xiàn)越平行.其他工質(zhì)的換熱特性也表現(xiàn)出相同的規(guī)律.因此，超臨界加熱過(guò)程中壓力較高且工質(zhì)出口溫度較低時(shí)工質(zhì)與熱源的熱匹配度高.

圖5 工質(zhì)與熱源熱匹配情況Fig.5 Heat matching between working medium and heat source

3.2 膨脹機(jī)入口溫度與入口壓力對(duì)系統(tǒng)的影響

超臨界ORC工況與亞臨界工況最大的區(qū)別在于膨脹機(jī)入口溫度與入口壓力是獨(dú)立的2個(gè)控制變量，其取值范圍與工質(zhì)的干濕性、膨脹機(jī)絕熱效率及工質(zhì)臨界狀態(tài)點(diǎn)存在約束關(guān)系，因此應(yīng)在合理的條件下來(lái)分析系統(tǒng)性能.表2給出了系統(tǒng)性能仿真參數(shù)的設(shè)定值.

表2 系統(tǒng)性能仿真參數(shù)設(shè)定Tab.2 Parameter setting for performance simulation

3.2.1 膨脹機(jī)入口溫度

膨脹機(jī)入口溫度（即最高循環(huán)溫度）T1對(duì)超臨界ORC系統(tǒng)循環(huán)熱效率有顯著影響，以對(duì)比壓力pr＝p1／pcr＝1.05為例，分析T1對(duì)循環(huán)熱效率的影響.根據(jù)熱源工作參數(shù)及最小換熱溫差約束，可知超臨界ORC系統(tǒng)膨脹機(jī)入口溫度T1＝393K.R152a因臨界溫度太高，在T1＝393K 下采用ηt＝0.8的膨脹機(jī)，無(wú)論膨脹機(jī)入口壓力取多少，工質(zhì)都會(huì)在膨脹過(guò)程中進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，故工質(zhì)R152a適合更高品位熱源，在此不進(jìn)行討論.

將適合超臨界ORC 系統(tǒng)的工質(zhì)按其臨界溫度分類(lèi)，R125、R143a 和R32 臨 界 溫 度 相 對(duì) 較 低，R290、R134a、R22和R227ea臨界溫度相對(duì)較高.由于工質(zhì)臨界點(diǎn)和膨脹機(jī)絕熱效率的限制，系統(tǒng)最高循環(huán)溫度存在下限.表3給出了pr＝1.05時(shí)工質(zhì)最高循環(huán)溫度T1的下限值.

表3 pr＝1.05時(shí)工質(zhì)最高循環(huán)溫度T1 的下限值Tab.3 Lower limit of expander inlet temperature T1 at pr＝1.05 K

圖6給出了膨脹機(jī)入口溫度對(duì)系統(tǒng)循環(huán)熱效率的影響.由圖6可以看出，在溫度允許的范圍內(nèi)，系統(tǒng)循環(huán)熱效率隨T1的升高而升高，臨界溫度高的工質(zhì)的循環(huán)熱效率增幅更大.系統(tǒng)循環(huán)熱效率由高到低的工質(zhì)依次為R134a、R22和R290，均為臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì).由于熱源進(jìn)口溫度與最小換熱溫差的限制，存在最佳T1使得系統(tǒng)循環(huán)熱效率最高.由圖6還可以看出，R227ea在其臨界溫度點(diǎn)附近的區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)循環(huán)熱效率變化劇烈，原因是R227ea作為初選工質(zhì)中唯一的干性工質(zhì)，在膨脹機(jī)出口處有較高的溫度和較大的過(guò)熱度，增加了系統(tǒng)冷負(fù)荷，使得系統(tǒng)循環(huán)熱效率降低.

圖6 膨脹機(jī)入口溫度對(duì)系統(tǒng)循環(huán)熱效率的影響Fig.6 Effect of expander inlet temperature on systemthermal efficiency

3.2.2 膨脹機(jī)入口壓力

以膨脹機(jī)入口溫度T1＝393K 為例，分析膨脹機(jī)入口壓力對(duì)超臨界ORC 系統(tǒng)性能的影響.由于工質(zhì)臨界狀態(tài)點(diǎn)和膨脹機(jī)絕熱效率的限制，最高膨脹機(jī)入口壓力p1存在上限.表4給出了T1＝393K時(shí)p1的上限值.

表4 T1＝393K 時(shí)p1 的上限值Tab.4 Upper limit of p1at T1＝393KMPa

圖7給出了膨脹機(jī)入口壓力對(duì)系統(tǒng)循環(huán)熱效率的影響.由圖7可以看出，臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì)R22、R134a和R290的循環(huán)熱效率普遍較高，最高約為10%，而且對(duì)應(yīng)的膨脹機(jī)入口壓力不超過(guò)工質(zhì)臨界壓力的30%；臨界溫度相對(duì)較低的工質(zhì)R32、R125和R143a的循環(huán)熱效率普遍較低，最高約為8%～9.5%，而且對(duì)應(yīng)的膨脹機(jī)入口壓力除R32外都超過(guò)工質(zhì)臨界壓力的100%；各工質(zhì)均存在最佳蒸發(fā)壓力，使得系統(tǒng)循環(huán)熱效率最高.對(duì)于工質(zhì)R22和R32，由于其臨界狀態(tài)參數(shù)與膨脹機(jī)絕熱效率的限制，為了防止工質(zhì)膨脹過(guò)程中進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，當(dāng)膨脹機(jī)入口壓力為最高值時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)熱效率最高.

3.3 冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)的影響

圖8給出了冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)循環(huán)熱效率的影響.由圖8可以看出，系統(tǒng)循環(huán)熱效率隨著冷凝溫度的升高而下降，由于工質(zhì)濕性程度不同，系統(tǒng)循環(huán)熱效率隨冷凝溫度升高而降低的幅度不同，R32濕性最大，當(dāng)冷凝溫度升高時(shí)，膨脹機(jī)出口過(guò)熱度急劇增大，使得系統(tǒng)循環(huán)熱效率降幅增大.但臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì)依然有較高的系統(tǒng)循環(huán)熱效率.

圖7 膨脹機(jī)入口壓力對(duì)系統(tǒng)循環(huán)熱效率的影響Fig.7 Effect of expander inlet pressure on system thermal efficiency

圖8 冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)循環(huán)熱效率的影響Fig.8 Effect of condensing temperature on system thermal efficiency

3.4 最佳循環(huán)熱效率時(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)

結(jié)合上述分析可得出超臨界ORC 系統(tǒng)達(dá)到最佳循環(huán)熱效率時(shí)工質(zhì)關(guān)鍵循環(huán)參數(shù)，包括加熱壓力pe、冷凝壓力pc、膨脹比π、熱源出口溫度T6、膨脹機(jī)出口溫度T2和單位質(zhì)量熱源輸出功Wh.

表5給出了系統(tǒng)達(dá)到最佳循環(huán)熱效率時(shí)工質(zhì)關(guān)鍵參數(shù).由表5可知，系統(tǒng)循環(huán)熱效率由高到低的工質(zhì)依次為R134a、R22 和R290，均為臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì)，其共同點(diǎn)是加熱壓力和冷凝壓力較低，故可推斷超臨界循環(huán)最大缺點(diǎn)是系統(tǒng)壓力較高引起增壓泵耗功增大，直接導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)熱效率降低.另外，這3種工質(zhì)的膨脹機(jī)出口溫度均較低，過(guò)熱度較小.臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì)單位質(zhì)量熱源輸出功較小，熱源出口溫度較高，原因是最小換熱溫差的設(shè)定使工質(zhì)在換熱過(guò)程中因?qū)Ρ葔毫^低而溫度變化不均勻，導(dǎo)致最低熱源出口溫度較高，熱源利用不充分.

表5 系統(tǒng)達(dá)到最佳循環(huán)熱效率時(shí)工質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)Tab.5 Key parameters of working medium under optimal thermal efficiency of the system

R227ea的單位質(zhì)量熱源輸出功最小，說(shuō)明干性工質(zhì)確實(shí)不適用于無(wú)回?zé)嵫h(huán)的超臨界ORC 系統(tǒng).干性工質(zhì)R227ea的膨脹機(jī)出口溫度較高，系統(tǒng)循環(huán)熱效率較低，但循環(huán)壓力較低，回?zé)嵫h(huán)優(yōu)勢(shì)大，因此若采用回?zé)嵫h(huán)時(shí)可考慮干性工質(zhì).

臨界溫度相對(duì)較低的工質(zhì)R143a、R125和R32的系統(tǒng)循環(huán)熱效率較低，但單位質(zhì)量熱源輸出功較大，熱源出口溫度低，說(shuō)明臨界溫度相對(duì)較低的工質(zhì)與熱源的熱匹配性更好，換熱效果好，能量利用率高，其原因是臨界溫度相對(duì)較低的工質(zhì)R32、R125和R143a在換熱工程中可以取得很高的對(duì)比壓力，而且溫度變化較為均勻，另外其膨脹機(jī)入口壓力與冷凝壓力較高，工質(zhì)膨脹比與臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì)相比沒(méi)有明顯區(qū)別.

4 結(jié) 論

（1）超臨界加熱器中對(duì)比溫度固定時(shí)，對(duì)比壓力越高，換熱熱匹配度越高，對(duì)比壓力固定時(shí)，對(duì)比溫度越低，換熱熱匹配度越高.因此，超臨界加熱器中較高的換熱壓力與較低的膨脹機(jī)入口溫度能使熱源與工質(zhì)有更好的熱匹配度.

（2）對(duì)于適合系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)，臨界溫度相對(duì)較高的工質(zhì)的系統(tǒng)循環(huán)熱效率高，膨脹機(jī)入口壓力和冷凝壓力較低；臨界溫度相對(duì)較低的工質(zhì)的單位質(zhì)量熱源輸出功較大，熱源出口溫度低，能量利用率高，膨脹機(jī)入口壓力和冷凝壓力較高.

（3）在熱源進(jìn)口溫度和最小換熱溫差的限制下，存在最佳膨脹機(jī)入口溫度和入口壓力，使得系統(tǒng)循環(huán)熱效率最高.

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