膨胀比对有机朗肯循环影响的研究
发布时间：2021-03-07 16:04
在石油资源严重依赖国外进口和全球节能减排的双重压力下,开发利用低品质能源势在必行。汽车发动机的燃油热效率较低,尾气内含有较高的热能,有机朗肯循环余能回收技术在车用发动机尾气余热回收方面具有一定的优势,合理的开发利用尾气余能有利于提高能源利用率。本文针对有机朗肯循环余能回收系统热功转换关键部件——膨胀机进行仿真研究。膨胀机是利用高压气体膨胀降压时向外输出轴功的原理以获得能量的机械。传统有机朗肯循环尾气余热回收系统都采用定结构膨胀机,不能实现膨胀比的调整。本文采用的膨胀机是六叶片可变膨胀比膨胀机,通过调节初始排气角度实现膨胀比的可变性,可变膨胀比膨胀机可根据工质状态实时改变膨胀比,提高系统在不同工况下的适配性。可变膨胀比膨胀机的结构参数（如叶片长度、进气角度、马达转速等）和循环工质的状态（温度、压力）对可变膨胀比膨胀机的性能有一定的影响,为了研究相关参数对膨胀机性能的影响程度,本课题对上述各参数采用了控制变量法进行仿真研究。本文主要以膨胀比为自变量,对膨胀机的输出功率、?效率及回收效率进行分析研究。首先,本文对可变膨胀比膨胀机的机械结构进行初步设计,经计算膨胀机的叶片在一个循环中弯曲应力最...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四叶片可变膨胀比膨胀机结构示意图
吉林大学硕士学位论文10胀室的容积能够在一定范围内连续变化，因此膨胀比能够在设定的最小到最大膨胀比范围内连续变动[61]。图2.1六叶片可变膨胀比膨胀机结构图表2.2膨胀机主要部件名称及数量序号部件名称数量序号部件名称数量1密封垫片29马达叶片62后轴承座110调节手柄13马达转子111调节转盘14后端盖112调节转盘内圈15轴承213前轴承座16定位销214前端盖17M6螺栓1215预紧垫片18马达定子116M8预紧螺钉12.1.2叶片弯曲强度校验对于旋转叶片式可变膨胀比膨胀机，叶片是该可变膨胀比膨胀机的主要受力部件。叶片旋转中的弯曲应力是否满足强度要求，将直接影响到膨胀机的输出性能及运转稳定性。因此叶片弯曲应力的计算与校验是膨胀机设计过程中的基础问题。当旋转叶片式膨胀机的叶片绕转子中心高速运转时，叶片相对于转子不仅具有沿叶片方向上的相对运动，而且具有垂直叶片方向上的牵连运动。叶片上的外力主要包括：定子内壁作用在叶片顶端处的支持力FA、重力G及摩擦力μFA，作用于叶片两侧的气体压力差FP,转子槽出口处作用于
吉林大学硕士学位论文122.2几何膨胀比的确定可变膨胀比膨胀机的优势在于可根据膨胀机的入口状态调整自身膨胀比，使其输出性能最佳，进而提高可变膨胀比膨胀机的性能。膨胀比的确定是膨胀机性能研究的关键因素，几何膨胀比的计算公式定义如下：compininioutVV=………………………………………（2-1）式中，ε为膨胀机的膨胀比，V为排气孔初始打开角度所对应的膨胀室容积，为进气孔完全关闭角度所对应的膨胀室容积。膨胀机的进排气孔位置、膨胀室容积及进排气角度如图2.3所示，以膨胀机内腔中心线在X轴正方向时为零度基准，规定叶片逆时针旋转方向为正，刚打开进气孔时的位置为75°，初始排气角度设定为170°~270°，依据表2.1可变膨胀比膨胀机关键参数尺寸，应用李富成关于膨胀室容积的计算方法[62]，利用MATLAB确定膨胀机的几何膨胀比，得出几何膨胀比随初始排气角度变化情况如图2.4所示，得出对应的几何膨胀比可调范围是2.34~6.11。图2.3膨胀机的剖面图图2.4几何膨胀比随初始排气角度变化特性曲线2.3可变膨胀比膨胀机仿真模型的建立及验证2.3.1GT-POWER软件简介GT-POWER是由GammaTechnologies公司开发的一款具有内燃机工业标准的仿真软件，是GT-Suite系列软件中最著名的一个软件。GT-SUITE是汽车内燃机及汽车零部件的234567160180200220240260280几何膨胀比初始排气角度
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭式热源下混合工质与纯工质的ORC性能比较[J]. 明勇,彭艳楠,苏文,魏国龙,王强,周乃君,赵力. 化工学报. 2020(04)
[2]汽车排气余热采暖技术研究及应用[J]. 孟建军,胡文杰,赵岩,秦义华,陈子默. 汽车科技. 2019(03)
[3]内燃机余热有机朗肯循环工质筛选研究[J]. 戴晓业,安青松,史琳,翟慧星. 汽车工程. 2017(02)
[4]工质类型对回收中低温余热有机朗肯循环性能的影响[J]. 朱启的,孙志强,周孑民. 中南大学学报(自然科学版). 2013(03)
[5]汽车尾气余热制冷循环特性[J]. 路明,徐士鸣. 制冷技术. 2010(04)
[6]基于余热回收的半导体温差发电模型及数值模拟[J]. 许艳艳,王东生,韩东,单华伟,毛靖. 节能技术. 2010(02)
[7]基于单效溴化锂吸收式制冷机的汽车余热用除霜与供暖装置[J]. 刘振全,胡淞城,赵嫚. 兰州理工大学学报. 2009(05)
[8]汽车空调余热溴化锂吸收式制冷装置的研究[J]. 肖尤明,徐烈,李志伟,朱鸿梅,张洁. 制冷学报. 2004(01)
[9]贯穿叶片式气动马达主要参数设计计算[J]. 李富成. 凿岩机械气动工具. 2000(04)
[10]叶片式气动马达叶片弯曲强度计算[J]. 李富成. 凿岩机械气动工具. 1993(04)
博士论文
[1]车用内燃机—有机朗肯循环联合系统的集成仿真与运行模式研究[D]. 宋松松.北京工业大学 2017
硕士论文
[1]柴油机动力涡轮能量回收与电动增压的匹配规律与控制策略[D]. 浦涵.华中科技大学 2019
[2]车用高膨胀比有机工质涡轮膨胀机设计与流动控制研究[D]. 应祺煜.清华大学 2017
[3]往复活塞式膨胀机有机朗肯循环余能回收系统研究[D]. 王先锋.吉林大学 2016
[4]基于朗肯循环余热能量回收系统的膨胀机技术研究[D]. 余锦海.湖南大学 2016
[5]可变膨胀比朗肯循环余能回收系统研究[D]. 康见见.吉林大学 2015
[6]将旋转压缩机作为内燃机废热回收ORC膨胀机的研究[D]. 美丽鱼.清华大学 2015
[7]基于汽车尾气余热回收的温差发电系统的理论研究[D]. 张星.天津大学 2014
[8]低品位热能驱动的超临界有机朗肯循环工质筛选的研究[D]. 刘超.华北电力大学 2014
[9]基于内燃机排气余热回收系统的朗肯循环工质研究[D]. 王鹏飞.天津大学 2014
[10]带两相膨胀机的KCS34的热力学分析[D]. 何嘉诚.重庆大学 2013
本文编号：3069409
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四叶片可变膨胀比膨胀机结构示意图
吉林大学硕士学位论文10胀室的容积能够在一定范围内连续变化，因此膨胀比能够在设定的最小到最大膨胀比范围内连续变动[61]。图2.1六叶片可变膨胀比膨胀机结构图表2.2膨胀机主要部件名称及数量序号部件名称数量序号部件名称数量1密封垫片29马达叶片62后轴承座110调节手柄13马达转子111调节转盘14后端盖112调节转盘内圈15轴承213前轴承座16定位销214前端盖17M6螺栓1215预紧垫片18马达定子116M8预紧螺钉12.1.2叶片弯曲强度校验对于旋转叶片式可变膨胀比膨胀机，叶片是该可变膨胀比膨胀机的主要受力部件。叶片旋转中的弯曲应力是否满足强度要求，将直接影响到膨胀机的输出性能及运转稳定性。因此叶片弯曲应力的计算与校验是膨胀机设计过程中的基础问题。当旋转叶片式膨胀机的叶片绕转子中心高速运转时，叶片相对于转子不仅具有沿叶片方向上的相对运动，而且具有垂直叶片方向上的牵连运动。叶片上的外力主要包括：定子内壁作用在叶片顶端处的支持力FA、重力G及摩擦力μFA，作用于叶片两侧的气体压力差FP,转子槽出口处作用于
吉林大学硕士学位论文122.2几何膨胀比的确定可变膨胀比膨胀机的优势在于可根据膨胀机的入口状态调整自身膨胀比，使其输出性能最佳，进而提高可变膨胀比膨胀机的性能。膨胀比的确定是膨胀机性能研究的关键因素，几何膨胀比的计算公式定义如下：compininioutVV=………………………………………（2-1）式中，ε为膨胀机的膨胀比，V为排气孔初始打开角度所对应的膨胀室容积，为进气孔完全关闭角度所对应的膨胀室容积。膨胀机的进排气孔位置、膨胀室容积及进排气角度如图2.3所示，以膨胀机内腔中心线在X轴正方向时为零度基准，规定叶片逆时针旋转方向为正，刚打开进气孔时的位置为75°，初始排气角度设定为170°~270°，依据表2.1可变膨胀比膨胀机关键参数尺寸，应用李富成关于膨胀室容积的计算方法[62]，利用MATLAB确定膨胀机的几何膨胀比，得出几何膨胀比随初始排气角度变化情况如图2.4所示，得出对应的几何膨胀比可调范围是2.34~6.11。图2.3膨胀机的剖面图图2.4几何膨胀比随初始排气角度变化特性曲线2.3可变膨胀比膨胀机仿真模型的建立及验证2.3.1GT-POWER软件简介GT-POWER是由GammaTechnologies公司开发的一款具有内燃机工业标准的仿真软件，是GT-Suite系列软件中最著名的一个软件。GT-SUITE是汽车内燃机及汽车零部件的234567160180200220240260280几何膨胀比初始排气角度
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭式热源下混合工质与纯工质的ORC性能比较[J]. 明勇,彭艳楠,苏文,魏国龙,王强,周乃君,赵力. 化工学报. 2020(04)
[2]汽车排气余热采暖技术研究及应用[J]. 孟建军,胡文杰,赵岩,秦义华,陈子默. 汽车科技. 2019(03)
[3]内燃机余热有机朗肯循环工质筛选研究[J]. 戴晓业,安青松,史琳,翟慧星. 汽车工程. 2017(02)
[4]工质类型对回收中低温余热有机朗肯循环性能的影响[J]. 朱启的,孙志强,周孑民. 中南大学学报(自然科学版). 2013(03)
[5]汽车尾气余热制冷循环特性[J]. 路明,徐士鸣. 制冷技术. 2010(04)
[6]基于余热回收的半导体温差发电模型及数值模拟[J]. 许艳艳,王东生,韩东,单华伟,毛靖. 节能技术. 2010(02)
[7]基于单效溴化锂吸收式制冷机的汽车余热用除霜与供暖装置[J]. 刘振全,胡淞城,赵嫚. 兰州理工大学学报. 2009(05)
[8]汽车空调余热溴化锂吸收式制冷装置的研究[J]. 肖尤明,徐烈,李志伟,朱鸿梅,张洁. 制冷学报. 2004(01)
[9]贯穿叶片式气动马达主要参数设计计算[J]. 李富成. 凿岩机械气动工具. 2000(04)
[10]叶片式气动马达叶片弯曲强度计算[J]. 李富成. 凿岩机械气动工具. 1993(04)
博士论文
[1]车用内燃机—有机朗肯循环联合系统的集成仿真与运行模式研究[D]. 宋松松.北京工业大学 2017
硕士论文
[1]柴油机动力涡轮能量回收与电动增压的匹配规律与控制策略[D]. 浦涵.华中科技大学 2019
[2]车用高膨胀比有机工质涡轮膨胀机设计与流动控制研究[D]. 应祺煜.清华大学 2017
[3]往复活塞式膨胀机有机朗肯循环余能回收系统研究[D]. 王先锋.吉林大学 2016
[4]基于朗肯循环余热能量回收系统的膨胀机技术研究[D]. 余锦海.湖南大学 2016
[5]可变膨胀比朗肯循环余能回收系统研究[D]. 康见见.吉林大学 2015
[6]将旋转压缩机作为内燃机废热回收ORC膨胀机的研究[D]. 美丽鱼.清华大学 2015
[7]基于汽车尾气余热回收的温差发电系统的理论研究[D]. 张星.天津大学 2014
[8]低品位热能驱动的超临界有机朗肯循环工质筛选的研究[D]. 刘超.华北电力大学 2014
[9]基于内燃机排气余热回收系统的朗肯循环工质研究[D]. 王鹏飞.天津大学 2014
[10]带两相膨胀机的KCS34的热力学分析[D]. 何嘉诚.重庆大学 2013
本文编号：3069409
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