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

1、柴油機在運行的過程中僅有30％-40%的燃燒能量轉(zhuǎn)化為有用的機械功，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)動機的余熱源中，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，有機朗肯循環(huán)（ORC）是一種效率較高的發(fā)動機余熱回收方式。在有機朗肯循環(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，對其進行研究具有重要的意義。
　　本

2、文的主要研究對象是用于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，進而傳遞給有機工質(zhì)膨脹做功。本文首先對針對幾種典型的發(fā)動機工況對該管殼式煙氣換熱器進行了實驗研究，獲取實驗數(shù)據(jù)驗證數(shù)學(xué)模型和理論計算。實驗結(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)式對換熱器的換熱過程建立了數(shù)學(xué)模型并進行理論計算，與實驗結(jié)果的對比表明，

3、該模型誤差在10%以內(nèi)。使用該模型對發(fā)動機主要運行工況下，煙氣換熱器的性能進行了研究。研究結(jié)果表明，發(fā)動機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對該換熱器建立仿真模型，并進行了計算流體力學(xué)（CFD）計算，與實驗結(jié)果的驗證表明，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，殼程整體上為一個在殼體內(nèi)部的渦旋流動。
　　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行參數(shù)和不同主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對換熱器性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，增加換熱管長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行了探索性計算，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