基于朗肯循环废气余热回收技术的研究

发布时间：2017-06-05 04:19

  本文关键词：基于朗肯循环废气余热回收技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：进入21世纪以来，能源危机与环境问题的日益突出，使得人们越来越重视新能源的开发与能源利用率的提高。在现代工业中，由内燃机能量平衡可知，在燃料燃烧所释放的能量中，对外输出的有用功仅占总能量的25%～45%左右，其他部分能量则被冷却系统、发动机排气所带走，，未得到充分地利用。如能将排气的能量进行可实现对内燃机功率与热效率提升，那么将极大的提高能源的利用率。而基于朗肯循环余热回收技术以其能量利用率高，适应性好等优点已广泛应用于回收工业废热，同样对于汽车产业，基于朗肯循环的能量回收技术也具有巨大的发展潜力。 首先，本文对发动机废气的热物性参数进行研究，通过对废气组分的热力性质及其所占比例，推导出废气混合物的热物性参数计算公式，便于对传热过程进行计算分析。以CA6DL重型柴油机为研究对象，对其进行热平衡分析，明确了发动机的废气能量占燃料总能量的28%～30%左右；同时考虑排气能量品质，通过可用能分析法对废气余热可用能转化潜力进行估算，可知最大可转化可用能占排气能量的40%左右。分析结果表明：发动机的高温废气余热具有很大的回收利用价值。 其次，对理论朗肯循环的进行了热力学分析，对朗肯循环工质性质对朗肯循环性能影响的进行了研究，给出了朗肯循环工质的选择标准。通过工程方程求解软件（EES）编制通用程序，结合工质的热物性参数，分析运行参数对朗肯循环性能参数的影响规律。分别讨论了水和有机工质在不同蒸发压力、冷凝压力等循环参数下对系统循环效率的变化规律：循环热效率随着蒸发压力的升高而升高，随着冷凝压力的降低而升高。 再次，通过对比分析，确定朗肯循环工质为有机工质R123，并由此确定了系统的运行参数。结合朗肯循环各部件的设计手册对其结构参数进行设计计算，并通过热力计算分析所设计系统的性能参数。计算结果表明：标定工况下，朗肯循环系统回收的能量可达到11.9kW，如将这部分能量转化为发动机动力输出，可使发动机整体热效率提升10.1%左右，功率提升4.6%，燃油消耗率下降4.4%。 最后，使用GT-POWER软件建立发动机与朗肯循环系统的仿真模型，并通过仿真值与试验数据对比，验证了该模型的准确性，可以用于仿真计算。仿真结果表明：加装朗肯循环系统后，发动机总功率最多可提升至6.4%，排温也有明显的下降。在高速高负荷工况下，朗肯循环系统热效率最高可达13%；而在低速低负荷工况时，由于排气能量较小，使得此时的余热回收系统效率偏低。本文提出通过改变工质流量的措施来提高朗肯循环在低速低负荷工况下的效率。模拟结果表明，改进后的朗肯循环效率在全工况范围内都有所改善。 综上所述，朗肯循环废气余热回收系统可有效回收发动机废气余热，提高热效率同时，降低CO2的排放，是一条极具发展前景的实现汽车节能减排的技术路线。
【关键词】：发动机 废气余热 朗肯循环 回收 GT-POWER
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK115;TK423
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 废气余热回收技术简介12-18
• 1.2.1 废气涡轮增压技术12-14
• 1.2.2 温差发电14-15
• 1.2.3 余热制冷空调15-16
• 1.2.4 朗肯循环废气余热能量回收16-18
• 1.3 国内外基于有机朗肯循环的废气余热回收研究现状18-21
• 1.3.1 有机朗肯循环余热回收国外发展现状18-21
• 1.3.2 有机朗肯循环余热回收国内发展现状21
• 1.4 本文研究内容21-24
• 第2章 朗肯循环热力计算与理论分析24-32
• 2.1 朗肯循环简介24-25
• 2.2 朗肯循环的热力分析计算25-27
• 2.3 工作运行参数对朗肯循环效率的影响27-29
• 2.4 带回热的朗肯循环介绍29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 废气能量回收潜力分析与朗肯循环工质选择32-50
• 3.1 废气能量回收潜力分析32-43
• 3.1.1 发动机的热平衡分析32-34
• 3.1.2 废气成分分析34-35
• 3.1.3 发动机废气成分的计算35-36
• 3.1.4 发动机排气热物性参数计算36-39
• 3.1.5 废气能量回收潜力分析39-43
• 3.2 工质的分类与选择原则43-44
• 3.3 循环工质热物性参数的对比44-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 朗肯循环热力设备设计计算50-64
• 4.1 废气余热回收系统设计参数的选定50-51
• 4.1.1 发动机废气参数的确定50
• 4.1.2 朗肯循环工质与运行参数的确定50-51
• 4.2 蒸发器设计51-58
• 4.2.1 蒸发器传热计算52-55
• 4.2.2 蒸发器的结构设计55-57
• 4.2.3 换热器压降计算57-58
• 4.3 涡轮机设计58-61
• 4.4 工质泵设计与选型61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 余热回收系统工作过程仿真模拟与分析64-82
• 5.1 GT-POWER 模拟软件简介64-65
• 5.2 仿真模型建立与验证65-70
• 5.2.1 发动机模型建立65-66
• 5.2.2 朗肯循环模型建立66-69
• 5.2.3 发动机模型验证69-70
• 5.3 朗肯循环系统性能仿真分析70-75
• 5.4 提高系统效率改进措施75-80
• 5.5 本章小结80-82
• 第6章 全文总结与工作展望82-84
• 6.1 全文总结82-83
• 6.2 工作展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 董桂田;汽车发动机排气废热的温差发电[J];北京节能;1997年04期

2 张有,顾宏中;车用发动机增压系统的选型及计算分析[J];车用发动机;2001年06期

3 梁和平,梁桂森;高效低成本柴油机余热利用暖空调设计[J];柴油机;2002年01期

4 赵建云;朱冬生;周泽广;王长宏;陈宏;;温差发电技术的研究进展及现状[J];电源技术;2010年03期

5 刘杰;陈江平;祁照岗;;低温有机朗肯循环的热力学分析[J];化工学报;2010年S2期

6 王辉涛;王华;;海洋温差发电有机朗肯循环工质选择[J];海洋工程;2009年02期

7 郑艺华;马永志;;温差发电技术及其在节能领域的应用[J];节能技术;2006年02期

8 徐建;董奥;陶莉;于立军;;利用低品位热能的有机物朗肯循环的工质选择[J];节能技术;2011年03期

9 罗向龙;徐乐;谭立锋;陈颖;;R245fa有机朗肯循环余热发电系统火用分析[J];节能技术;2012年02期

10 朱智富;汽车废热利用的有效途径[J];黑龙江工程学院学报;2005年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 冯黎明;基于朗肯循环的发动机废热回收理论与试验研究[D];天津大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 焦永刚;余热回收型吸收式制冷循环优化研究[D];天津大学;2005年

2 刘宇;基于GT-POWER的汽油机仿真及优化设计[D];吉林大学;2006年

3 孙文学;机车余热溴化锂吸收式空调的研究[D];大连交通大学;2007年

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本文编号：422915