柴油機(jī)余熱回收底循環(huán)系統(tǒng)及排氣換熱器設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化.pdf

1、以石油資源為能源的內(nèi)燃機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力機(jī)械，其所消耗的石油占我國(guó)石油消耗量的60％以上。然而，以現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)指標(biāo)評(píng)估，燃油中60%左右的能量沒(méi)有得到有效的利用，而是以余熱的形式排放到大氣中，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染。為充分利用內(nèi)燃機(jī)的余熱能量，本文對(duì)柴油機(jī)余熱回收有機(jī)朗肯底循環(huán)系統(tǒng)的性能展開研究。
　　為充分了解柴油機(jī)各項(xiàng)余熱能流特性，建立了柴油機(jī)熱平衡測(cè)試平臺(tái)，測(cè)取了各工況下柴油機(jī)余熱能流參數(shù)，從“量”與“質(zhì)

2、”兩個(gè)層面對(duì)余熱能流進(jìn)行分析，并通過(guò)燃燒反應(yīng)方程式推導(dǎo)的方法計(jì)算得到了排氣組分與酸露點(diǎn)溫度，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　以高溫排氣為熱源，分別建立了亞臨界與跨臨界有機(jī)朗肯底循環(huán)余熱回收系統(tǒng)，給出了有機(jī)朗肯底循環(huán)工質(zhì)的分類與選擇原則。針對(duì)亞臨界與跨臨界循環(huán)的特點(diǎn)，分別提出兩種循環(huán)傳熱窄點(diǎn)的分析方法。對(duì)于常規(guī)制冷劑類工質(zhì)的分析表明：亞臨界與跨臨界循環(huán)的最優(yōu)工質(zhì)均為R123，其最高循環(huán)熱效率分別為18.3%與19.61%。對(duì)于高溫烷烴類工

3、質(zhì)性能的研究顯示：Cyclohexane作為工質(zhì)時(shí)可獲得最佳循環(huán)性能，可將柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性提高9.3%。
　　對(duì)帶導(dǎo)熱油中間換熱的排氣余熱回收有機(jī)朗肯底循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究。理論設(shè)計(jì)顯示：R123為最優(yōu)循環(huán)工質(zhì)，最優(yōu)循環(huán)工況下熱效率為13.77%。將此工況作為設(shè)計(jì)工況，建立實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，初步測(cè)試結(jié)果顯示：在最佳工況下，采用有機(jī)朗肯底循環(huán)后柴油機(jī)熱效率提高潛力為3.38%。
　　針對(duì)管殼式排氣換熱器換熱效率低、體

4、積大等不足之處，提出四種高性能板翅式排氣換熱器設(shè)計(jì)方案。通過(guò)與管殼式排氣換熱器的比較分析表明：板翅式排氣換熱器傳熱系數(shù)達(dá)到管殼式排氣換熱器的1.5倍以上，而體積不足管殼式排氣換熱器的7%。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高板翅式排氣換熱器性能，采用CFD方法對(duì)傳統(tǒng)板翅式換熱器翅片進(jìn)行優(yōu)化，提出了兩種高效翅片型式。
　　為充分利用柴油機(jī)各項(xiàng)余熱能量，建立了二級(jí)雙回路底循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)余熱能量的梯級(jí)利用。研究表明：Toluene作為高溫級(jí)循