“余热回收—甲醇裂解”底循环流动/传热过程CFD模拟与优化

发布时间：2021-04-27 09:49

　　能源危机与环境污染是当前全球面临的两大挑战。作为能源利用与转换的主要设备,内燃机成为了节能与减排的主要对象。应用代用燃料、改善缸内燃烧过程、回收余热是最被看好的几种内燃机节能减排技术。根据我国“缺油、少气、富煤”的基本国情,同时由于煤制甲醇的工业化应用非常成熟,项目组前期提出一种集内燃机余热回收与改良甲醇燃料于一体的新型联合热力循环,有望解决甲醇在内燃机上直接应用的难题,并同时实现提高系统总能效率、降低排放多重目的。本论文致力于研究“余热回收-甲醇裂解”底循环的核心环节—甲醇裂解换热器设计优化及底循环流动/传热过程数值模拟几个关键科学问题。论文提出了一维热力学性能计算与三维CFD数值仿真耦合的甲醇裂解换热器的设计方法,基于课题组提出的一种新型甲醇裂解换热器概念模型,完成甲醇裂解换热器的一、三维设计开发,并制作出甲醇裂解换热器样品。在此基础上,搭建了“余热回收—甲醇裂解”底循环试验。根据实测数据重新标定仿真模型,对甲醇裂解换热器内甲醇流动/传热过程开展了多轮数值模拟优化,得出甲醇流动传热过程随内燃机排气参数的变化规律。“余热回收-甲醇裂解”底循环试验结果表明:以甲醇裂解换热器出口状态考虑... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和目的
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的
    1.2 内燃机余热回收方法概述
        1.2.1 朗肯循环
        1.2.2 内燃机废气涡轮增压
        1.2.3 复合涡轮技术
        1.2.4 温差发电
        1.2.5 驱动制冷循环
        1.2.6 改良燃料
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 余热回收的研究现状
        1.3.2 甲醇裂解气发动机的研究现状
    1.4 课题来源及论文研究内容
第2章 甲醇催化裂解工作原理及CFD基础理论
    2.1“余热回收-甲醇裂解”底循环工作原理介绍
        2.1.1 甲醇催化裂解反应
        2.1.2 底循环工作原理介绍
    2.2 传热基础理论
    2.3 CFD基础理论
        2.3.1 网格划分
        2.3.2 CFD的基本控制方程
        2.3.3 CFD的数值解法
    2.4 本章小结
第3章 甲醇裂解换热器设计开发
    3.1 内燃机排气能量分析
    3.2 甲醇裂解换热器一维性能设计
        3.2.1 甲醇裂解换热器工作原理
        3.2.2 甲醇裂解换热器关键参数设计
    3.3 甲醇裂解换热器三维尺寸设计
    3.4 甲醇裂解换热器流场CFD模拟仿真对比
        3.4.1 前处理
        3.4.2 解算过程
        3.4.3 后处理
    3.5 甲醇裂解换热器制造
    3.6 本章小结
第4章“余热回收-甲醇裂解”底循环试验
    4.1 试验内容
    4.2“余热回收-甲醇裂解”底循环台架搭建
        4.2.1 甲醇燃料供给系统
        4.2.2 热源供给系统
        4.2.3 数据样品采集系统
        4.2.4 甲醇汽化与催化裂解系统
    4.3 试验过程及结果
        4.3.1 试验过程
        4.3.2 试验结果及分析
    4.4 本章小结
第5章 甲醇裂解换热器内流场CFD模拟与优化
    5.1 内流场的前处理
    5.2 内流场的解算过程
    5.3 计算结果及分析
        5.3.1 排气流场分析
        5.3.2 甲醇蒸汽流场分析
    5.4 甲醇裂解换热器的优化
    5.5 本章小结
总结与展望
    全文总结
    论文创新点
    本文展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油对外依存度首破60%[J]. 石华.  石油库与加油站. 2016(01)
[2]小排量汽油机增压升级节油潜力的研究与分析[J]. 阳焱屏,刘敬平,王树青,付建勤,朱国辉.  汽车工程. 2014(04)
[3]回热布雷顿空气循环回收内燃机废气余热的模拟[J]. 付建勤,刘敬平,舒歌群,裴毅强,唐琦军.  内燃机学报. 2013(03)
[4]增压直喷汽油机热平衡和平衡试验对比[J]. 刘敬平,付建勤,任承钦,朱国辉,邓帮林,KESHAV Varde.  内燃机学报. 2013(01)
[5]R245fa有机朗肯循环余热发电系统火用分析[J]. 罗向龙,徐乐,谭立锋,陈颖.  节能技术. 2012(02)
[6]电喷发动机用甲醇裂解气制备与控制技术[J]. 徐元利,姚春德,李旭聪.  农业机械学报. 2011(11)
[7]发动机废气涡轮增压系统的能量流研究[J]. 刘敬平,付建勤,冯康,赵智超,王树青.  湖南大学学报(自然科学版). 2011(05)
[8]汽车尾气温差发电装置及热电模块的布置研究[J]. 邓亚东,范韬,郭珣,凌凯,代宏伟,苏楚奇.  武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2010(02)
[9]温差发电技术的研究进展及现状[J]. 赵建云,朱冬生,周泽广,王长宏,陈宏.  电源技术. 2010(03)
[10]一种高效清洁燃烧纯甲醇燃料的新方法探索[J]. 姚春德,徐元利,张志辉,杨建军,黄钰.  天津大学学报. 2008(10)

博士论文
[1]车用发动机瞬变工况运行与性能参数连续检测及热功转换过程研究[D]. 付建勤.湖南大学 2014
[2]甲醇热裂解规律及其在点火式发动机上应用研究[D]. 李旭聪.天津大学 2012

硕士论文
[1]纯甲醇裂解气发动机试验研究[D]. 王进.山东大学 2013
[2]基于朗肯循环废气余热回收技术的研究[D]. 王涤非.吉林大学 2013
[3]内燃机余热利用涡轮发电系统性能研究[D]. 魏玮.清华大学 2010
[4]492甲醇裂解气发动机性能优化研究[D]. 郭永红.中北大学 2009
[5]LPG缸内直接喷射发动机三维模型仿真[D]. 屈碧波.上海交通大学 2007
[6]余热回收型吸收式制冷循环优化研究[D]. 焦永刚.天津大学 2005
[7]发动机废气涡轮增压[D]. 王应红.太原理工大学 2004



本文编号：3163248