矩形微小通道弯管回热器设计与试验验证

发布时间：2020-05-25 21:09

【摘要】：随着时代的进步,人们对电子设备的续航能力提出了更高的要求。但是受限制于电池的低能量密度,使得人们不得不寻找新的替代方案。由于碳氢燃料具有较高的能量密度,人们开始转而通过微型热机发电延长电子设备的续航能力。摆式发动机相对于传统活塞发动机拥有更出色的功重比,而相对燃气轮机又具有更低的燃料消耗水平。因此,人们开始了摆式发动机微型化的相关研究。而针对摆式发动机微型化后效率降低的问题,本文着力于如何通过回热技术,提高微型摆式发动机的热-功转化效率。本文首先对带回热的微型往复摆式发动机,以及带回热的微型旋转摆式发动机的工作过程进行分析。确定了回热器在搭配这两种摆式发动机时,具体的冷、热气入口条件。通过调研目前金属3D打印工艺的制造能力,确定了所研究的微型回热器结构形式以及几何特征。通过Fluent仿真,对比了不同几何尺寸矩形截面单管的流动与传热特性。并以此为基础,选用综合性能最佳的通道截面,建立简化后的回热器双层模型。研究了固壁导热性能,在不同流量组合下,对大相对壁厚回热器的回热性能影响。为了实现回热器与微型旋转摆式发动机协同工作,基于多体运动学仿真软件ADAMS,搭建了微型旋转摆式发动机(MSRE)的虚拟样机。通过对该样机仿真,获得了MSRE在一个完整工作循环内,摆臂轴的运动特性曲线。并基于MSRE虚拟样机的运动学仿真结果,提出了一套适用于MSRE的回热配气机构。为微型旋转摆式发动机回热配气机构的设计,提供了一条新思路。最后为了测试微型回热器的实际回热性能,设计并搭建了微型回热器的试验装置。在此过程中,基于虚拟仪器技术,围绕NI的USB-6009数据采集卡,设计了试验中的温度采集硬件。并使用LabVIEW语言编制了温度采集程序,构建了试验中的回热器温度数据采集与记录系统。通过这套试验装置,对回热器在小流量下的回热性能进行了试验验证。
【图文】：

矩形微小通道弯管回热器设计与试验验证放的热能中，所占比例也相对提高。这极大降低了微型能源动力系统的续航能力。微型发动机的热损失中以尾气余热所占比例最大，所以能否利用好热机微型化后的尾气余热，成为了提高其热-功转化效率的关键之一。热机微型化后，尺度效应一方面造成了流动损失的加剧，另一方面也使得比表面积增加，进而增强了传热的作用效果，为尾气余热的回收利用创造了可能。针对如何回收利用内燃机的废气余热，国内外的研究者已经提出了不少方法[5]。

矩形微小通道弯管回热器设计与试验验证放的热能中，，所占比例也相对提高。这极大降低了微型能源动力系统的续航能力。微型发动机的热损失中以尾气余热所占比例最大，所以能否利用好热机微型化后的尾气余热，成为了提高其热-功转化效率的关键之一。热机微型化后，尺度效应一方面造成了流动损失的加剧，另一方面也使得比表面积增加，进而增强了传热的作用效果，为尾气余热的回收利用创造了可能。针对如何回收利用内燃机的废气余热，国内外的研究者已经提出了不少方法[5]。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK402

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本文编号：2680751