基于TEG-ORC联合循环的船舶余热利用系统数值模拟

发布时间：2020-04-19 06:05

【摘要】：伴随我国相继提出“一带一路”、“海洋强国”、“交通强国”等发展战略,船舶航运业都在其中扮演着重要角色,船舶节能水平与节约能源及保护环境直接关联。船舶余热回收作为船舶节能领域的重要研究方向,备受关注。温差发电和有机朗肯循环技术在船舶余热回收领域具有较好研究前景。基于充分发挥二者优势并弥补局限性、提高船舶能效并优化余热利用效率的目的,本文设计了基于TEG-ORC联合循环的船舶余热利用系统,并采用数值模拟的方法对其进行研究。首先,本文设计了基于TEG-ORC联合循环的船舶余热利用系统,建立了该系统的热力学模型并完成了相关设计计算。主要包括:重力热管的设计计算;温差发电部分的传热计算;有机朗肯循环发电部分主要余热利用装置的设计计算。其次,对系统中温差发电单元,预热器单元,蒸气发生器单元进行了实验装置尺度的设计,并对其流动及换热情况进行了数值模拟。结果表明,主机烟气为573 K的工况下,在温差发电单元中,发电片热端平均温度为508 K,温差发电理论输出功率为384 W,余热利用量为7.3 kW,余热转换效率为5.3%;在预热器单元中,有机工质温度升高45K,余热利用量为6.8 kW,余热转换效率为70.6%;在蒸气发生器单元中,有机工质出蒸气发生器温度为415 K,有机朗肯理论输出功率为4.7 kW,余热利用量为12.6 kW,余热转换效率为37.2%。系统总输出功率为5.084kW,余热总利用量为26.7kW,总效率为18.6%.最后,完成了实船尺寸下的相应单元装置的设计,并进行实船装置的数值模拟。结果表明,主机烟气为573 K的工况下,在温差发电单元中,发电片热端平均温度为510K,温差发电理论输出功率为12 kW,余热利用量为240.2 kW,余热转换效率为5.0%;在预热器单元中,有机工质温度升高46K,缸套水余热利用量为301.8 kW,余热转换效率为66.1%;在蒸气发生器单元中,有机工质出蒸气发生器温度为418K,有机朗肯理论输出功率为168.5 kW,余热利用量为551.2 kW,余热转换效率为31.1%。系统总输出功率为180.5 kW,余热总利用量为1093.2 kW,总效率为17.3%。
【图文】：

示意图,塞贝克效应,示意图,冷源

２．１．１．１塞贝克效应逡逑塞贝克效应，它是根据在半导体（或不同导体之间）介于具有温度差环境条逡逑件下，将温度差转换为电势差的特定效应，又称作第一热电效应。下图２．１为半导逡逑体塞贝克效应图解，半导体材料介于热源于冷源之间，在７），和７；作用下，半导体逡逑中空穴和电子会形成定向移动，从而在半导体的介质冷端产生电势差。逡逑热源逡逑ｍｕ逡逑ｉｓｍＢＰＰＢｉｍｉ逡逑高温端Ｔｈ邋■逡逑空穴／电子逡逑ｐ型逦Ｗ邋／逡逑？义邋？邋ｆ逡逑ｉｐ逡逑冷源冷源逡逑——？—逡逑图２．１塞贝克效应示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｓｅｅｂｅｃｋ邋ｅｆｆｅｃｔ逡逑当Ａ７＝７；－７；在一定范围内时，温差电动势与ＡＴ有以下关系式：逡逑ＡＵ邋＝邋ａＰＮＡＴ逦（２．１）逡逑即：逡逑－９邋－逡逑

示意图,温差发电器,示意图,热电元件

图２．３温差发电器示意图逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｇｅｎｅｒａｔｏｒ逡逑温差发电片的电流为／时，，由一对热电对所产生的焦耳Ｒ＝？＾ｉｎ：＋＇ｒｉ￣ｉ（ＣｐＡｐ）逡逑心、戽一Ｐ型热电元件的长度、横截面积、电导率；逡逑在发电过程中上下两端间存在温度差，热电元件内部热力学定律知热量将会由高温对向低温对传递，所传其中，逡逑ｋ＾ＡｅＡｌ邋＋邋＾Ａ！Ｌ／尸逡逑各一Ｐ、＃型热导率，Ｋ为一对半导体Ｐ＆Ｎ结的总导件上下两端之间（热端和冷端）存在温度差，因此会
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664;X736.3

【参考文献】