基于ORC的内燃机余热回收工质选择及参数匹配

发布时间：2020-04-30 00:27

【摘要】：随着能源危机加剧和石油类燃料消耗的增加,如何最大化利用燃料已经成为我们迫切需要解决的问题。在发动机的能量分布中,通过排气散失的能量较多、品质也较高,若是能将其回收利用,便能减少能量的损失,从而提高燃油利用率,达到节能的目的。本课题以某汽油机的排气余热为研究对象,分析其回收潜力,并设计余热回收系统,进行工质的筛选和关键部件的选型及其工作参数的确定,然后在GT-Power软件中搭建发动机—回收系统联合模型,通过仿真模拟来研究该回收系统的性能并根据工况匹配工质质量流量。论文的主要工作和结论如下:1)在GT-Power软件中根据某汽油机结构参数搭建了发动机模型,并进行了发动机外特性试验,利用外特性试验数据校准了模型的精度。计算了排气能量和排气?,计算结果表明:发动机转速高于2800 r/min时,排气能量均在30kW以上,排气中有46.2%的能量可以转化为有用功,排气能量回收潜力最大的转速范围是2800 r/min—4800 r/min。2)基于有机朗肯循环设计了双回路结构的余热回收系统,根据搭建的热力学模型进行理论计算,对比分析了四种结构回收系统的净输出功率、热效率、?损率,分析表明:双回路结构的回收系统与其他三种结构相比具有一定的优越性。3)利用工质选用原则为回收系统初步筛选工质,采用理论计算的方法考察了蒸发压力、过热度两个循环参数对系统性能的影响,对比分析了三种工质组合时的系统性能。计算结果表明:可以适当增大蒸发压力来提高系统热效率,过热度的增加对系统热效率提高较少;当系统采用水/R123工质组合时,系统的性能较优。4)在GT-Power中搭建了回收系统模型,利用理论计算结果对各部分的模型进行校准。模型耦合后在回收潜力最大的转速范围内对排气能量进行回收仿真分析。仿真结果表明:回收功率最高可达到6.12kW,功率提升率最大为8.25%,最高热效率为13.67%,与回收前相比,发动机排气温度下降了400℃左右。5)选定了6个工况点对工质质量流量进行匹配。仿真结果显示:同一工况下,净输出功率随工质泵转速先升高后平稳下降,由此确定了6个工况下的最优工质质量流量,采用匹配后的工质流量进行仿真计算后,回收功率和热效率提高了很多,排气温度下降了550℃左右。
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废气涡轮增压

图 1.1 废气涡轮增压装置结构汽车行业用的最多且较成熟的技术，能够大幅度提高汽车轮增压发动机功率比自然吸气式发动机功率高 40%~60点[17]有：（1）不需要消耗额外的有用功去驱动废气涡轮利用。（2）进气增压可使进气量增加，同一工况下发动机增加进气量后，，燃油和空气能够混合的更加均匀，有助于了污染物的生成，改善了排放性能。但是该技术也还存推动涡轮机叶片旋转时，由于排气压力波具有传递滞后涡轮机并不能迅速做出反应，从而影响了发动机的性能涡轮增压技术最大的问题是全工况匹配性较差，为此采用工况下通过曲轴带动或者采用电机驱动涡轮机[19]，但是这能，而且增压机出口的排气仍然具有较高的温度，因此仍技术

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重庆理工大学硕士学位论文程： 21 0p p p pu a u k q uFt x t x u 表示流体在管道入口截面的速度，单位 m /s ；表示管道进3g /m ；p流体在入口截面处的压力，单位Mpa：dF 为管道入口F 为单位质量气体流动时所受的摩擦力，单位为 N ；q为流体的 2 K；a 为音速，单位为 m /s 。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK115;TK411

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