內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)的能量分配分析發(fā)現(xiàn),內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時由發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)朗肯循環(huán)來回收發(fā)動機(jī)高溫排氣的余熱,在內(nèi)燃機(jī)余熱回收領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
　　內(nèi)燃機(jī)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(jī)朗肯循環(huán)回收發(fā)動機(jī)高溫排氣的大溫差余熱存在有機(jī)工

2、質(zhì)分解、余熱回收不充分的問題,基于此,本文設(shè)計了一個二級有機(jī)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(zhì)來回收排氣的高溫段余熱,避免了有機(jī)工質(zhì)分解,保證了系統(tǒng)的安全性;低溫循環(huán)采用熱力學(xué)性能較好的常規(guī)有機(jī)工質(zhì)來依次回收發(fā)動機(jī)冷卻水、高溫循環(huán)的工質(zhì)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(jī)為研究對象,基于熱力學(xué)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(jìn)行了計算分析。為了驗證模型的準(zhǔn)確性,本文將此二級系統(tǒng)的熱力學(xué)模型與前人的工作進(jìn)行了詳細(xì)的比較和分析,結(jié)果表明,此系統(tǒng)的熱力學(xué)模型具有較高的準(zhǔn)確性。在初步建立的系統(tǒng)化模型基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行了循環(huán)方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和循環(huán)工質(zhì)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(dāng)高溫循環(huán)采用toluene(甲苯)為工質(zhì),低溫循環(huán)采用R143a為工質(zhì),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?zé)崞鞯亩壪到y(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(jī)冷卻水和排氣的余熱均已利用完全。對系統(tǒng)操作參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)高溫循環(huán)冷凝溫度越低、高低溫循環(huán)回?zé)釡厣酱髸r,系統(tǒng)的性能越好。而高溫循環(huán)渦輪機(jī)進(jìn)口溫度對不同工質(zhì)和不同循環(huán)的影響不同。在亞臨界循環(huán)中,對于水工質(zhì),高溫循環(huán)渦輪機(jī)進(jìn)口溫度越高,系統(tǒng)性能越好;而對干工質(zhì),高溫循環(huán)渦輪機(jī)進(jìn)口溫度越接近工質(zhì)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