基于粒子群算法和Aspen Plus的有机朗肯循环系统性能优化研究

发布时间：2017-09-15 12:13

  本文关键词：基于粒子群算法和Aspen Plus的有机朗肯循环系统性能优化研究

  更多相关文章： 有机朗肯循环 车用柴油机 工质选择 运行参数优化 粒子群算法 Aspen Plus

【摘要】：随着我国汽车保有量的不断增加,汽车产业所消耗的能源也越来越多,与此同时所带来的环境污染也越来越严重。车用内燃机余热能回收技术,是降低燃油消耗、减少污染物排放的有效途径。由于内燃机余热能主要来源于冷却介质和排气余热能,属于中低温余热能的范畴,而有机朗肯循环(ORC)系统在利用中低温余热能方面具有独特的优势。根据某车用柴油机在额定工况的运行情况,采用Aspen Plus软件对ORC系统的关键部件进行建模分析;并根据搭建的部件模型建立了简单ORC系统、带回热器的ORC系统和抽气回热式有机朗肯循环(RORC)系统模型;结合参数灵敏度分析,对ORC系统在不同工况下的运行性能进行研究,并进一步研究了车用柴油机-ORC联合系统的运行性能。研究结果表明,简单ORC系统、带回热器的ORC系统和RORC系统的净输出功率最大值分别可达21.20kW、27.60kW和21.75kW。在上述三种ORC系统中,带回热器的ORC系统的运行性能最优。根据试验得出了车用柴油机在不同运行工况下的排气余热能的变化规律,设计了RORC系统来回收该柴油机的排气余热能。采用粒子群算法研究了在柴油机不同运行工况条件下有机工质对RORC系统运行性能的影响情况。研究结果表明,在所选的9种有机工质中,纯工质butane的热力学性能最优,但其具有较高的可燃性;综合考虑有机工质的运行性能、安全性和环保性等,纯工质R124和混合工质R416A更适用于RORC系统。基于车用柴油机在不同运行工况下排气余热能的变化规律,利用粒子群算法对简单ORC系统、带回热器的ORC系统和RORC系统进行多参数多目标优化研究。研究结果表明,当柴油机在不同工况下运行时,ORC系统的最优运行参数有差异;针对相同的柴油机运行工况,若采用不同方案的ORC系统,其最优运行参数的数值也有差异。经过对比分析可知,带回热器的ORC系统的运行性能最优。
【关键词】：有机朗肯循环 车用柴油机 工质选择 运行参数优化 粒子群算法 Aspen Plus
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK115
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 物理量名称及符号表8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 ORC系统研究现状13-19
• 1.2.1 ORC系统方案的研究现状13-15
• 1.2.2 有机工质选择的研究现状15-16
• 1.2.3 ORC系统运行参数优化的研究现状16-17
• 1.2.4 车用ORC系统研究现状17-19
• 1.3 本文的主要工作内容19-20
• 第2章 基于Aspen Plus的ORC系统方案设计及分析20-50
• 2.1 Aspen Plus软件简介20-23
• 2.1.1 Aspen Plus软件的主要功能20-21
• 2.1.2 Aspen Plus软件的主要特点21-22
• 2.1.3 Aspen Plus软件基本模块介绍22-23
• 2.2 基于Aspen Plus的ORC系统关键部件研究23-29
• 2.2.1 ORC系统蒸发器的研究23-25
• 2.2.2 ORC系统工质泵的研究25-27
• 2.2.3 ORC系统膨胀机的研究27-29
• 2.3 基于Aspen Plus的简单ORC系统研究29-34
• 2.3.1 简单ORC系统建模29-30
• 2.3.2 简单ORC系统运行性能分析30-34
• 2.4 基于Aspen Plus的带回热器的ORC系统研究34-39
• 2.4.1 带回热器的ORC系统建模34-35
• 2.4.2 带回热器的ORC系统运行性能分析35-39
• 2.5 基于Aspen Plus的RORC系统研究39-48
• 2.5.1 RORC系统建模39-40
• 2.5.2 RORC系统运行性能分析40-48
• 2.6 本章小结48-50
• 第3章 基于粒子群优化的ORC系统工质选择研究50-74
• 3.1 粒子群算法简介50-52
• 3.2 车用柴油机排气余热能特性分析52-54
• 3.3 RORC系统热力学模型54-57
• 3.4 纯工质R32、R125、R134a及相关混合工质的分析57-65
• 3.5 混合工质R416A及相关纯工质的分析65-72
• 3.6 本章小结72-74
• 第4章 基于粒子群算法的ORC系统运行参数优化74-96
• 4.1 简单ORC系统运行参数优化74-81
• 4.1.1 简单ORC系统热力学模型74-76
• 4.1.2 粒子群算法关键参数取值76-77
• 4.1.3 简单ORC系统优化结果及分析77-81
• 4.2 带回热器的ORC系统运行参数优化81-89
• 4.2.1 带回热器的ORC系统热力学模型81-84
• 4.2.2 粒子群算法关键参数取值84-85
• 4.2.3 带回热器的ORC系统优化结果及分析85-89
• 4.3 RORC系统运行参数优化89-95
• 4.3.1 粒子群算法关键参数取值90-91
• 4.3.2 RORC系统优化结果及分析91-95
• 4.4 本章小结95-96
• 结论96-98
• 参考文献98-102
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文和申请的专利102-104
• 致谢104

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本文编号：856465