基于朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒所放出的能量?jī)H有三分之一左右被有效利用,其它能量通過廢氣、冷卻水等散發(fā)掉。采用朗肯循環(huán)回收內(nèi)燃機(jī)廢氣熱量,能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效輸出功率,同時(shí)降低燃料消耗和CO2排放。
　　 本文從能量平衡的角度分析了發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分布,分析對(duì)比了各部分能量的可用能。
　　 提出使用廢熱回收系統(tǒng)總效率估算廢熱回收系統(tǒng)將廢氣能量轉(zhuǎn)化為輸出功能力的方法。分析了膨脹機(jī)進(jìn)口溫度、蒸發(fā)壓力、冷凝溫度等參數(shù)對(duì)使用不同工質(zhì)的廢熱回收系統(tǒng)總效率

2、的影響規(guī)律。結(jié)果表明,水作為工質(zhì),過熱溫度越高系統(tǒng)效率越高,干式工質(zhì)則相反;存在一個(gè)最佳蒸發(fā)壓力使廢熱回收總效率達(dá)到最大；水作為工質(zhì)適用于廢氣溫度較高的系統(tǒng),而有機(jī)工質(zhì)在廢氣溫度較低時(shí)更有優(yōu)勢(shì)。
　　 根據(jù)某一發(fā)動(dòng)機(jī)工況,設(shè)計(jì)了廢熱回收系統(tǒng)的加熱器和冷凝器,通過建立換熱器的計(jì)算模型,分析了工質(zhì)流量對(duì)換熱器換熱性能的影響規(guī)律。隨工質(zhì)流量的增大,廢熱回收總效率先增大后減小,存在最佳工質(zhì)流量使廢熱回收系統(tǒng)總效率達(dá)到最大。
　　

3、 利用能量守恒方程、連續(xù)性方程、氣體流動(dòng)方程及傳熱方程,建立了活塞式膨脹機(jī)的Matlab／Simulink計(jì)算模型,計(jì)算分析了不同設(shè)計(jì)參數(shù)和工質(zhì)運(yùn)行參數(shù)對(duì)活塞式膨脹機(jī)輸出功、效率以及工質(zhì)流量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,膨脹機(jī)缸徑、行程增大會(huì)使工質(zhì)流量增大,但對(duì)膨脹機(jī)卡諾循環(huán)完成效率影響不大；工質(zhì)進(jìn)口壓力的增大也會(huì)提高工質(zhì)流量,但是會(huì)減小膨脹機(jī)卡諾循環(huán)完成效率；工質(zhì)進(jìn)口溫度的增大會(huì)減小工質(zhì)流量,同時(shí)提高膨脹機(jī)的卡諾循環(huán)完成效率；配氣相位中,進(jìn)氣

4、門關(guān)閉時(shí)刻對(duì)膨脹機(jī)的熱力循環(huán)影響最大,進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻越晚,工質(zhì)的流量越大,膨脹機(jī)的卡諾循環(huán)完成效率越小。進(jìn)氣門開啟角度應(yīng)在-10～-20之間為宜,排氣門開啟角對(duì)膨脹機(jī)熱力循環(huán)影響不大,排氣門關(guān)閉時(shí)刻與進(jìn)氣門的開啟時(shí)刻接近或相同較為合適。以上結(jié)論為膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。
　　 針對(duì)某一發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況,使用所建立的換熱器和活塞式膨脹機(jī)模型進(jìn)行仿真計(jì)算,優(yōu)化了膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)及工質(zhì)工作參數(shù)(蒸發(fā)壓力和流量等)。同時(shí),研究了當(dāng)

5、發(fā)動(dòng)機(jī)工況發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)效率的變化規(guī)律。研究表明,在設(shè)計(jì)工況下,廢熱回收系統(tǒng)輸出功最大,當(dāng)偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)廢熱回收系統(tǒng)輸出功下降較快。但排氣可用能的利用率保持在20％到30％之間。
　　 使用GT-POWER軟件模擬分析了發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收系統(tǒng)對(duì)輸出功率的影響規(guī)律。得出廢熱回收系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身效率的影響很小,而且能使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的總功率輸出提高5％～12％的結(jié)論。
　　 建立了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量回收試驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了性能試驗(yàn),驗(yàn)證了