柴油機(jī)排氣能量品質(zhì)對廢氣渦輪發(fā)電能量利用效率的影響.pdf

1、長期以來，內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)工作過程以及各種先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)（如增壓、HCCI等）得到了深入研究，這些技術(shù)雖能改善內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)指示熱效率但熱效率提高的幅度很小。于是，人們以最大限度提高內(nèi)燃機(jī)熱效率為目的，從排氣能量的回收利用角度出發(fā)，為內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能減排開創(chuàng)了新的研究方向。研究表明排氣能量回收利用方式的不同，對排氣能量品質(zhì)的要求存在差異;內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒情況復(fù)雜多變，排氣能量品質(zhì)也不盡相同。因此，對不同工況下排氣能量品質(zhì)進(jìn)行分析研究，才能實現(xiàn)合理利用

2、發(fā)動機(jī)排氣能量，同時促進(jìn)排氣能量回收利用技術(shù)的完善，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
　　本文在構(gòu)建排氣能量品質(zhì)等級綜合劃分方法的基礎(chǔ)上，分別研究排氣能量品質(zhì)對動力渦輪廢氣能量利用效率和發(fā)電效率的影響。搭建YND485Q柴油機(jī)——J56動力渦輪排氣能量回收利用試驗臺架并進(jìn)行相關(guān)試驗;處理試驗數(shù)據(jù)，研究排氣能量品質(zhì)對管道中的能量沿程損失和動力渦輪可用能損失的影響;利用Matlab/Simulink軟件，實現(xiàn)動力渦輪——減速機(jī)構(gòu)——發(fā)電系統(tǒng)模型的

3、聯(lián)合仿真，模擬計算出排氣能量品質(zhì)變化規(guī)律對廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的影響。
　　研究結(jié)果表明:從熱力學(xué)的角度，發(fā)動機(jī)排氣可用能占柴油燃燒熱的19％～30％。雖然發(fā)動機(jī)排氣具有很高的可用能，但動力渦輪對這部分排氣能量的利用率僅僅為5.69％～15.52％。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2800r/min，負(fù)荷為90％時，動力渦輪對排氣可用能的利用潛力發(fā)揮到最佳狀態(tài)。
　　在排氣能量品質(zhì)等級綜合劃分方法下，該試驗臺架渦前、渦后排氣能量品質(zhì)等級、

4、能級差范圍分別為2.69～5.98、1.95～4.91和0.70～1.15。當(dāng)轉(zhuǎn)速為2800r/min、負(fù)荷為75％時，排氣能量品質(zhì)等級差達(dá)到最大值，對應(yīng)的渦輪(炯)效率也是最大值。相對于溫度劃分方法，綜合劃分方法下的渦前、渦后排氣能量品質(zhì)等級的范圍縮小且能級差數(shù)值增大。2800r/min轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷從75％增大至90％期間，該試驗臺架廢氣渦輪能量回收利用效率保持在一個良好且穩(wěn)定的狀態(tài)。
　　隨著排氣能量品質(zhì)的增大，動力渦輪的等熵

5、效率總體呈先增大后減小的趨勢，動力渦輪可用能損失先增大后減小至最小值，之后繼續(xù)增大。當(dāng)排氣能量品質(zhì)等級數(shù)為4.75左右時，排氣渦后壓力、渦前壓力和渦前排氣溫度分別為9.83kPa、22.08kPa和670K，此時達(dá)到此動力渦輪的最優(yōu)膨脹比2.27，動力渦輪的等熵效率達(dá)到峰值，動力渦輪可用能損失最少。
　　分析廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的聯(lián)合仿真結(jié)果，排氣能量品質(zhì)等級為4.70，渦輪等熵功率為14.22kW，對應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)速為5090

6、0 r/min，車用發(fā)電機(jī)不工作。當(dāng)排氣能量品質(zhì)等級超過4.70后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速開始轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)速從6200r/min后一直呈線性增長。車用發(fā)電機(jī)開始穩(wěn)定工作，對外輸出穩(wěn)定電壓且電壓的大小隨時間成正弦曲線變化，幅值為28V，負(fù)載為50Ω時輸出電流為0.56A。
　　總的看來，當(dāng)排氣能量品質(zhì)等級數(shù)超過4.70后，最終能夠完全回收轉(zhuǎn)化為電能的排氣可用能約為2.12kW～3.08kW，廢氣渦輪發(fā)電能量回收系統(tǒng)利用效率為5.49％～10.14