內燃機排氣余熱大溫差梯級回收二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)研究.pdf

1、通過對內燃機的能量分配分析發(fā)現(xiàn),內燃機運行時由發(fā)動機冷卻水和排氣帶走的熱量約占燃料燃燒釋放總熱量的60-70％,因此有效回收這部分熱量具有重要意義。目前有機朗肯循環(huán)是一種效率較高的余熱回收方式,因此,采用有機朗肯循環(huán)來回收發(fā)動機高溫排氣的余熱,在內燃機余熱回收領域具有十分廣泛的應用前景。
　　內燃機排氣具有溫度高、可回收部分的溫差范圍很大(大約500~120℃)的特點。采用傳統(tǒng)的有機朗肯循環(huán)回收發(fā)動機高溫排氣的大溫差余熱存在有機工

2、質分解、余熱回收不充分的問題,基于此,本文設計了一個二級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括一個高溫循環(huán)和一個低溫循環(huán):高溫循環(huán)采用高分解溫度的工質來回收排氣的高溫段余熱,避免了有機工質分解,保證了系統(tǒng)的安全性;低溫循環(huán)采用熱力學性能較好的常規(guī)有機工質來依次回收發(fā)動機冷卻水、高溫循環(huán)的工質乏氣和排氣的低溫段余熱,使各部分余熱得到了充分的回收。
　　本文以某直列6缸4沖程發(fā)動機為研究對象,基于熱力學第一、二定律建立了此二級系統(tǒng)的仿真模型并對

3、此系統(tǒng)進行了計算分析。為了驗證模型的準確性,本文將此二級系統(tǒng)的熱力學模型與前人的工作進行了詳細的比較和分析,結果表明,此系統(tǒng)的熱力學模型具有較高的準確性。在初步建立的系統(tǒng)化模型基礎上對系統(tǒng)進行了循環(huán)方式、系統(tǒng)結構和循環(huán)工質三個方面的優(yōu)化,得到最佳系統(tǒng)方案。
　　通過研究發(fā)現(xiàn),當高溫循環(huán)采用toluene(甲苯)為工質,低溫循環(huán)采用R143a為工質,兩級循環(huán)均采用跨臨界循環(huán),且系統(tǒng)為高低溫循環(huán)均帶有回熱器的二級系統(tǒng)時,性能最優(yōu)。此系

4、統(tǒng)的凈輸出功為42.71kW,熱效率為12.84%,火用效率為46.69%,對發(fā)動機冷卻水和排氣的余熱均已利用完全。對系統(tǒng)操作參數的分析發(fā)現(xiàn),當高溫循環(huán)冷凝溫度越低、高低溫循環(huán)回熱溫升越大時,系統(tǒng)的性能越好。而高溫循環(huán)渦輪機進口溫度對不同工質和不同循環(huán)的影響不同。在亞臨界循環(huán)中,對于水工質,高溫循環(huán)渦輪機進口溫度越高,系統(tǒng)性能越好;而對干工質,高溫循環(huán)渦輪機進口溫度越接近工質蒸發(fā)的飽和氣點溫度,系統(tǒng)性能越好。在超臨界循環(huán)中,高溫循環(huán)渦輪