基于朗肯循環(huán)的發(fā)動機廢熱回收理論與試驗研究.pdf

1、內(nèi)燃機燃料燃燒所放出的能量僅有三分之一左右被有效利用,其它能量通過廢氣、冷卻水等散發(fā)掉。采用朗肯循環(huán)回收內(nèi)燃機廢氣熱量,能提高發(fā)動機的有效輸出功率,同時降低燃料消耗和CO2排放。
　　 本文從能量平衡的角度分析了發(fā)動機的能量分布,分析對比了各部分能量的可用能。
　　 提出使用廢熱回收系統(tǒng)總效率估算廢熱回收系統(tǒng)將廢氣能量轉(zhuǎn)化為輸出功能力的方法。分析了膨脹機進口溫度、蒸發(fā)壓力、冷凝溫度等參數(shù)對使用不同工質(zhì)的廢熱回收系統(tǒng)總效率

2、的影響規(guī)律。結(jié)果表明,水作為工質(zhì),過熱溫度越高系統(tǒng)效率越高,干式工質(zhì)則相反;存在一個最佳蒸發(fā)壓力使廢熱回收總效率達到最大；水作為工質(zhì)適用于廢氣溫度較高的系統(tǒng),而有機工質(zhì)在廢氣溫度較低時更有優(yōu)勢。
　　 根據(jù)某一發(fā)動機工況,設(shè)計了廢熱回收系統(tǒng)的加熱器和冷凝器,通過建立換熱器的計算模型,分析了工質(zhì)流量對換熱器換熱性能的影響規(guī)律。隨工質(zhì)流量的增大,廢熱回收總效率先增大后減小,存在最佳工質(zhì)流量使廢熱回收系統(tǒng)總效率達到最大。
　　

3、 利用能量守恒方程、連續(xù)性方程、氣體流動方程及傳熱方程,建立了活塞式膨脹機的Matlab／Simulink計算模型,計算分析了不同設(shè)計參數(shù)和工質(zhì)運行參數(shù)對活塞式膨脹機輸出功、效率以及工質(zhì)流量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,膨脹機缸徑、行程增大會使工質(zhì)流量增大,但對膨脹機卡諾循環(huán)完成效率影響不大；工質(zhì)進口壓力的增大也會提高工質(zhì)流量,但是會減小膨脹機卡諾循環(huán)完成效率；工質(zhì)進口溫度的增大會減小工質(zhì)流量,同時提高膨脹機的卡諾循環(huán)完成效率；配氣相位中,進氣

4、門關(guān)閉時刻對膨脹機的熱力循環(huán)影響最大,進氣門關(guān)閉時刻越晚,工質(zhì)的流量越大,膨脹機的卡諾循環(huán)完成效率越小。進氣門開啟角度應在-10～-20之間為宜,排氣門開啟角對膨脹機熱力循環(huán)影響不大,排氣門關(guān)閉時刻與進氣門的開啟時刻接近或相同較為合適。以上結(jié)論為膨脹機的設(shè)計奠定了重要的理論基礎(chǔ)。
　　 針對某一發(fā)動機常用工況,使用所建立的換熱器和活塞式膨脹機模型進行仿真計算,優(yōu)化了膨脹機結(jié)構(gòu)參數(shù)及工質(zhì)工作參數(shù)(蒸發(fā)壓力和流量等)。同時,研究了當

5、發(fā)動機工況發(fā)生變化時,系統(tǒng)效率的變化規(guī)律。研究表明,在設(shè)計工況下,廢熱回收系統(tǒng)輸出功最大,當偏離設(shè)計工況時廢熱回收系統(tǒng)輸出功下降較快。但排氣可用能的利用率保持在20％到30％之間。
　　 使用GT-POWER軟件模擬分析了發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)對輸出功率的影響規(guī)律。得出廢熱回收系統(tǒng)對發(fā)動機本身效率的影響很小,而且能使發(fā)動機系統(tǒng)的總功率輸出提高5％～12％的結(jié)論。
　　 建立了發(fā)動機廢氣能量回收試驗系統(tǒng)并進行了性能試驗,驗證了