基于内燃机废热回收的车辆供能系统热力性能分析

发布时间：2017-10-11 21:13

  本文关键词：基于内燃机废热回收的车辆供能系统热力性能分析

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【摘要】：现有常规内燃机车的热功转换效率为30%-40%,其余主要以废热形式排至环境,而冷却液废热占20%-30%,排气废热占30%-40%。利用底循环回收内燃机废热不仅能有效提高发动机燃料利用率,而且在相同交通能力条件下,还能减少环境污染。本文以内燃机废热回收为背景,同时考虑发动机变工况下废热特点以及不同运行工况条件下车辆能量需求,提出了三种不同形式的内燃机废热回收供能系统,并分析了其节能潜力。首先,仅考虑内燃机高品位烟气废热,提出了一种基于有机朗肯循环(ORC)烟气废热回收的车辆供能系统。对基于ORC烟气废热回收的车辆供能系统进行数学建模和模拟计算,分析了其最大节能潜力,并对蒸发器进行定结构尺寸设计,分析了其实际节能潜力。结果表明:发动机旋转速度在1500-6000 r/min之间,考虑最大节能潜力,ORC底循环净功和总体热效率改善率最大值都出现在旋转速度最大时;考虑实际节能潜力,底循环净功最大值仍出现在旋转速度最大时,但总体热效率改善率最大值出现在旋转速度为2000 r/min时。在供热季,考虑最大节能潜力,底循环净功和总体热效率改善率最大值分别为6.08 kW和9.6%;考虑实际节能潜力,底循环净功和总体热效率改善率最大值分别为3.32 kW和8.5%。其次,同时考虑回收内燃机烟气废热和冷却液废热,提出了一种基于ORC内燃机废热回收的车辆供能系统和一种基于Kalina循环内燃机废热回收的车辆供能系统,并对其进行数学建模、模拟计算和热力性能对比分析。结果表明:ORC底循环和Kalina底循环净功最大值都出现在发动机旋转速度最大时,但ORC底循环和Kalina底循环总体热效率改善率最大值分别出现在旋转速度为4000 r/min和3000 r/min时。在供热季,ORC底循环净功和总体热效率改善率的最大值分别为10.36 kW和18.3%;Kalina底循环净功和总体热效率改善率的最大值分别为14.8kW和25.7%。最后,对基于ORC烟气废热回收的车辆供能系统进行关键参数影响分析和（火用）分析,探究ORC底循环运行中关键参数对系统热力性能的影响以及能量在转移、转化过程中存在的薄弱环节,为系统的改进提供了指导方向。
【关键词】：内燃机 底循环 废热回收 供能系统 热力性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题研究的背景及意义13-14
• 1.2 研究现状及分析14-20
• 1.2.1 循环工质选择研究现状14-17
• 1.2.2 废热回收系统形式研究现状17-20
• 1.3 本文的研究内容及组织结构20-22
• 第二章 系统设计及计算基础22-31
• 2.1 现有的车辆供能系统22
• 2.2 基于ORC烟气废热回收的车辆供能系统设计22-23
• 2.3 基于底循环内燃机废热回收的车辆供能系统设计23-25
• 2.3.1 基于ORC内燃机废热回收的车辆供能系统方案23-24
• 2.3.2 基于Kalina循环内燃机废热回收的车辆供能系统方案24-25
• 2.4 发动机热转功子系统25-28
• 2.4.1 发动机烟气废热和冷却液废热计算25-27
• 2.4.2 发动机参数27-28
• 2.4.3 发动机实验数据28
• 2.5 车辆空调子系统冷/热需求28-30
• 2.5.1 车辆空调子系统冷/热负荷计算28-29
• 2.5.2 车辆空调子系统冷/热负荷结果分析29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 基于ORC烟气废热回收的车辆供能系统热力性能分析31-60
• 3.1 考虑最大节能潜力的ORC烟气废热回收车辆供能系统31-49
• 3.1.1 系统的数学模型31-43
• 3.1.2 系统的运行参数和计算结果43-49
• 3.2 考虑实际节能潜力的ORC烟气废热回收车辆供能系统49-57
• 3.2.1 系统的数学模型49-52
• 3.2.2 系统的运行参数和计算结果52-57
• 3.3 考虑最大节能潜力和实际节能潜力的车辆供能系统热力性能对比57-58
• 3.3.1 制冷季57-58
• 3.3.2 非制冷/供热季58
• 3.3.3 供热季58
• 3.4 本章小结58-60
• 第四章 基于底循环内燃机废热回收的车辆供能系统热力性能分析60-81
• 4.1 基于ORC内燃机废热回收的车辆供能系统60-69
• 4.1.1 系统的数学模型60-63
• 4.1.2 系统的运行参数和计算结果63-69
• 4.2 基于Kalina循环内燃机废热回收的车辆供能系统69-79
• 4.2.1 系统的数学模型69-73
• 4.2.2 系统的运行参数和计算结果73-79
• 4.3 两种基于内燃机废热回收车辆供能系统热力性能对比79-80
• 4.3.1.制冷季79-80
• 4.3.2.非制冷/供热季80
• 4.3.3 供热季80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 ORC关键参数影响分析和（火用）分析81-92
• 5.1 关键参数影响分析81-87
• 5.1.1 环境温度81-82
• 5.1.2 蒸发压力82-83
• 5.1.3 第一蒸发器热侧烟气出口温度83-85
• 5.1.4 透平入口有机工质过热度85-86
• 5.1.5 透平等熵效率86-87
• 5.2 （火用）分析87-90
• 5.2.1 （火用）和（火用）损平衡方程87-88
• 5.2.2 运行参数88-89
• 5.2.3 计算结果89-90
• 5.3 本章小结90-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 研究工作与结论92-93
• 6.2 工作展望93-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-99
• 攻读硕士期间取得的成果和科研情况说明99

【参考文献】

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本文编号：1014765