柴油機(jī)余熱回收溫差發(fā)電-有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)變工況性能研究.pdf

1、節(jié)能和環(huán)保是汽車工業(yè)發(fā)展的兩大主題。有關(guān)研究表明，發(fā)動機(jī)燃料燃燒所發(fā)出的能量只有三分之一左右被有效利用?；厥绽眠@部分能量已經(jīng)成為了提高內(nèi)燃機(jī)效率重要的方式之一。其中，溫差發(fā)電（TEG）技術(shù)具有可耐高溫、無運(yùn)動部件等優(yōu)點(diǎn)，是適合柴油機(jī)排氣余熱這種中高溫品位余熱回收的技術(shù)手段；有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)具有運(yùn)行穩(wěn)定、效率高等特點(diǎn)，但是受限于工質(zhì)的高溫分解問題，適合于內(nèi)燃機(jī)余熱的回收中低溫品位余熱回收。柴油機(jī)變工況下排氣溫度較高且變化范圍較大，

2、可使用TEG系統(tǒng)預(yù)先對高溫的排氣進(jìn)行回收，將排氣溫度降到有機(jī)工質(zhì)適宜工作的范圍，為ORC系統(tǒng)回收余熱創(chuàng)造有利條件。因此，TEG和ORC的聯(lián)合循環(huán)對柴油機(jī)變工況下的余熱能進(jìn)行回收是本文的研究重點(diǎn)。
　　本文基于MATLAB建立了TEG與ORC聯(lián)合系統(tǒng)的熱力學(xué)模型,對某型柴油機(jī)開展了變工況余熱回收的模擬研究。根據(jù)柴油機(jī)排氣余熱溫度特性，TEG系統(tǒng)材料選擇工作溫度在300~600攝氏度范圍的p型TAGS(碲銻鍺銀)/n型PbTe材料。O

3、RC系統(tǒng)為帶回?zé)嵯到y(tǒng)，可以進(jìn)一步提升回收效率，系統(tǒng)有機(jī)工質(zhì)為R123，其分解溫度為600K。鑒于工況點(diǎn)較多，為使ORC系統(tǒng)在不同排氣溫度工況點(diǎn)下都可以穩(wěn)定工作，且蒸發(fā)壓力過大對系統(tǒng)穩(wěn)定性有影響，所以選用較低蒸發(fā)壓力以保證系統(tǒng)安全正常運(yùn)行，故ORC系統(tǒng)朗肯循環(huán)狀態(tài)為亞臨界，工質(zhì)蒸發(fā)壓力為2MPa，冷凝溫度為308K。分析結(jié)果表明，此聯(lián)合系統(tǒng)基本可在柴油機(jī)全工況下運(yùn)行。柴油機(jī)中高負(fù)荷時排氣溫度和流量相對較大，聯(lián)合回收系統(tǒng)的輸出功較高。聯(lián)合系

4、統(tǒng)在不同工況下的輸出功最高可達(dá)30.36kW。其中TEG系統(tǒng)輸出功為2.24kW，ORC系統(tǒng)輸出功為28.12kW。發(fā)動機(jī)指示熱效率最高可以提高5.52％，其指示熱效率最高值為47.1%。聯(lián)合系統(tǒng)在1700-1900r/min轉(zhuǎn)速，70%-90%負(fù)荷這一工況范圍下性能表現(xiàn)更好，若柴油機(jī)常在中高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況下運(yùn)行，則使用此系統(tǒng)回收余熱具有較大的經(jīng)濟(jì)價值。
　　本文還設(shè)計并制作多模塊串聯(lián)的溫差發(fā)電裝置進(jìn)行實(shí)驗研究，探究了溫差發(fā)電系統(tǒng)