用于柴油機(jī)余熱回收底循環(huán)的煙氣換熱器性能研究與優(yōu)化.pdf

1、柴油機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中僅有30％-40%的燃燒能量轉(zhuǎn)化為有用的機(jī)械功，絕大部分能量都被冷卻水和排氣帶走，最終耗散在環(huán)境中，有效回收這部分能量具有重要的意義。在發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱源中，排氣中所包含的能量約占燃燒能量的30-40%，且溫度較高，能量品位較高，有較好的回收前景。目前，有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）是一種效率較高的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收方式。在有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，煙氣換熱器直接決定系統(tǒng)能從排氣中獲取能量的多少，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的意義。
　　本

2、文的主要研究對(duì)象是用于ORC余熱回收系統(tǒng)的管殼式煙氣換熱器，該換熱器的作用是將排氣的熱量交換到導(dǎo)熱油中，進(jìn)而傳遞給有機(jī)工質(zhì)膨脹做功。本文首先對(duì)針對(duì)幾種典型的發(fā)動(dòng)機(jī)工況對(duì)該管殼式煙氣換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型和理論計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該換熱器最高可以回收74.2kW熱量，余熱能回收效率最高為0.63。
　　本文利用平均溫差法結(jié)合篩選的換熱關(guān)聯(lián)式對(duì)換熱器的換熱過(guò)程建立了數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行理論計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，

3、該模型誤差在10%以內(nèi)。使用該模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)行工況下，煙氣換熱器的性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度和流量越大，換熱器的換熱性能越好。
　　本文還利用商業(yè)軟件Fluent對(duì)該換熱器建立仿真模型，并進(jìn)行了計(jì)算流體力學(xué)（CFD）計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證表明，該模型誤差在8%以內(nèi)。CFD仿真結(jié)果表明：管殼式換熱器內(nèi)排氣溫度沿?fù)Q熱管軸向方向逐漸變小，導(dǎo)熱油溫度沿相反的方向逐漸增大，管程流速在換熱管內(nèi)保持恒定，在兩端封頭內(nèi)存在

4、渦旋流動(dòng)，殼程整體上為一個(gè)在殼體內(nèi)部的渦旋流動(dòng)。
　　利用構(gòu)建的CFD仿真模型，本文開展了管殼式煙氣換熱器的優(yōu)化研究，主要研究了換熱器不同運(yùn)行參數(shù)和不同主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)換熱器性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，增加換熱管長(zhǎng)和減小換熱管徑以及在殼程增加折流板均能有效的改善換熱器的性能。為了進(jìn)一步探索高效的煙氣換熱器，本文還以平直翅片板翅式換熱器為例進(jìn)行了探索性計(jì)算，結(jié)果表明該類換熱器的性能優(yōu)于管殼式換熱器，其中導(dǎo)熱油的換熱系數(shù)約為管殼式換熱器的