基于ORC的柴油机排气余热回收蒸发器传热特性试验与数值分析

发布时间：2021-09-13 17:43

　　针对某款柴油机排气余热能量,试制一种板翅式蒸发器并建立热力学模型,通过柴油机排气余热台架试验数据验证模型的准确性与有效性,分析有机朗肯循环（ORC）R245fa工质流量与柴油机排气流量的匹配关系及对蒸发器传热特性和ORC性能的影响。结果表明:在各转速满载工况下,工质流量可在有效工作区间内连续变化,而不必局限于某一指定流量,在该区间内蒸发器及ORC输出净功率和热效率均能保持较好的热力性能;蒸发器传热能力主要受工质影响,在低转速小流量时,蒸发器效能和传热单元数较高,但蒸发器传热系数和传热面积的乘积（UA）和回收的排气能量较低,限制了ORC在低转速一般工况下的应用,在高转速大流量时,传热单元数较低,但UA值和排气余热能量较高,可回收较多的排气余热能量。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

蒸发器三维结构图

基于NI cDAQ搭建柴油机排气余热回收数据采集模块，测量蒸发器排气气体和工质各状态点压力、温度和流量等参数，由电涡流测功机测取柴油机转速和转矩等动力参数。通过台架试验得到柴油机排气温度和排气流量的万有特性曲线分别如图2所示。试验结果表明，柴油机最大输出转矩/转速和额定功率和转速分别为361.4 N·m和2250 r/min,118.7 kW和3500 r/min，因此本文选取以上2种工况作为验证蒸发器传热效果的基准工况，以R245fa作为ORC工质，试验测取该2种工况下柴油机和蒸发器各状态点参数如表2所示。排气气体在蒸发器中的压降会影响泵气损失，因此需考虑蒸发器单边和双边换热时排气气体的压力损失。蒸发器逆流布置换热时，试验测算柴油机全工况下排气气体压降和泵气损失如图3所示，结果表明单边换热时压降为双边的约3倍，单、双边泵气损失最大分别为4.97和1.68 kW，因此为减小排气能量损失，本文之后均针对蒸发器双边逆流布置进行试验与数值分析。

排气气体在蒸发器中的压降会影响泵气损失，因此需考虑蒸发器单边和双边换热时排气气体的压力损失。蒸发器逆流布置换热时，试验测算柴油机全工况下排气气体压降和泵气损失如图3所示，结果表明单边换热时压降为双边的约3倍，单、双边泵气损失最大分别为4.97和1.68 kW，因此为减小排气能量损失，本文之后均针对蒸发器双边逆流布置进行试验与数值分析。3 模型验证与数值分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于粒子群算法的海洋温差能朗肯循环系统多目标优化[J]. 王锰,赵英汝,张浩然,王兵振.  太阳能学报. 2019(10)
[2]基于工质临界温度的带内回热ORC系统性能分析[J]. 朱霄珣,李鹏,韩中合,庞永超,王智.  太阳能学报. 2018(11)
[3]梯形循环及模拟有机朗肯循环的理论研究[J]. 李新国,翟哲.  太阳能学报. 2018(10)
[4]ORC系统管翅式蒸发器管侧工质相变传热特性分析[J]. 刘宏达,张红光,于飞,宋松松,贝晨.  太阳能学报. 2018(10)
[5]换热器传热能力对有机朗肯循环性能的影响分析[J]. 卜宪标,刘茜,李华山,王汉治,王令宝.  哈尔滨工程大学学报. 2018(08)
[6]太阳能有机朗肯循环系统性能分析及综合评价[J]. 顾煜炯,耿直,谢典.  太阳能学报. 2018(02)
[7]R245fa、R123对太阳能有机朗肯循环系统性能的影响[J]. 沈阳,王瑞祥.  太阳能学报. 2017(11)
[8]不同类型蒸发器对ORC系统影响的实验研究[J]. 刘克涛,朱家玲,胡开永,吴秀杰.  太阳能学报. 2017(10)
[9]基于GT-Suite的有机朗肯循环系统性能分析[J]. 宋松松,张红光,杨富斌,贝晨,王宏进,孟凡骁.  太阳能学报. 2016(06)
[10]ORC系统蒸发器性能分析及其对柴油机性能影响[J]. 张红光,贝晨,杨富斌,宋松松,常莹,王宏进,杨凯.  太阳能学报. 2016(02)



本文编号：3395057