基于兩種熱力循環(huán)的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)的研究.pdf

1、我國是內(nèi)燃機的生產(chǎn)和消費的大國，內(nèi)燃機消耗的石油約占我國石油總量的60％，內(nèi)燃機節(jié)能事關國家能源安全和國民經(jīng)濟的發(fā)展。內(nèi)燃機運行時廢氣帶走的能量約占燃料燃燒放出熱量的三分之一，因此針對內(nèi)燃機廢氣余熱能的有效回收有十分重要的意義，近年來，采用熱力循環(huán)方法對廢氣帶走熱能的有效回收利用頗受關注。其中采用斯特林循環(huán)回收內(nèi)燃機尾氣余熱的研究尚在初步探索階段，沒有合適的性能預測模型，試驗獲得的軸功率不高;應用朗肯循環(huán)方法進行尾氣余熱回收在工質(zhì)選擇，

2、工作原理及工作性能的理論分析方面有大量的理論研究基礎，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜，體積大。本文以2.0DCVVT汽油機為研究對象，一方面針對尾氣余熱的特點，建立針對尾氣為熱源的斯特林機模型，并結(jié)合試驗對其性能參數(shù)進行研究，分析確定影響回收功率的原因，為進一步優(yōu)化系統(tǒng)、提高性能奠定基礎。另一方面主要針對以水為工質(zhì)的朗肯循環(huán)回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，產(chǎn)汽量小影響系統(tǒng)輸出功的難題，對膨脹機的結(jié)構(gòu)進行研究、改造，并根據(jù)膨脹機的運行條件，合理的進行系統(tǒng)匹配，建立體

3、積小、效率高的朗肯循環(huán)系統(tǒng)。并且根據(jù)試驗結(jié)果分別對兩種熱力循環(huán)的回收效果進行了分析、評價和比較。
　　在應用斯特林循環(huán)進行尾氣余熱回收利用方面，針對汽油機尾氣為有限熱容的特點，基于經(jīng)典的理想絕熱分析法，考慮斯特林機各種損失，建立了以汽油機尾氣為熱源的斯特林機的二級簡化分析法數(shù)學模型，并對斯特林循環(huán)余熱回收系統(tǒng)進行工作過程仿真分析，獲得了汽油機特定工況下斯特林機的性能特點，確定了影響斯特林機性能的主要因素，為試驗研究奠定了理論基礎。

4、
　　建立了一套斯特林余熱回收試驗系統(tǒng)，并在汽油機3000r/min的三種不同負荷狀況下進行了試驗研究，試驗結(jié)果表明:斯特林機軸功率隨汽油機負荷的增加明顯增加，而隨著轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，存在最佳工作轉(zhuǎn)速;在汽油機輸出功率和排氣背壓無明顯變化情況下，斯特林系統(tǒng)可回收0.156-0.545kW的軸功率，相當于汽油機功率提高了0.86％-2.94％，系統(tǒng)熱效率在0.75％到2.61％之間;加熱器壁面溫度和缸內(nèi)壓力的分布表明

5、加熱器結(jié)構(gòu)設計、熱損失等原因是試驗數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果產(chǎn)生差距的主要原因之一。
　　在應用朗肯循環(huán)進行尾氣余熱回收方面，為使膨脹機結(jié)構(gòu)簡單、可靠，提出采用單進氣閥—排氣口式換氣結(jié)構(gòu)的活塞式膨脹機，并且建立了相應的仿真模型，得到了進、排氣結(jié)構(gòu)參數(shù)對膨脹機輸出功率、絕熱效率的影響規(guī)律，對進、排氣結(jié)構(gòu)的設計起到借鑒作用。分析了膨脹機轉(zhuǎn)速及進口參數(shù)對余熱回收系統(tǒng)的影響并確定了膨脹機的運行條件。
　　針對朗肯循環(huán)中工質(zhì)水三相點溫度高、蒸

6、發(fā)壓力高等因素導致回收系統(tǒng)復雜，比熱容大導致產(chǎn)汽量小，影響系統(tǒng)輸出功的難題，提出把貫流式蒸發(fā)器、柱塞式高壓泵、單閥膨脹機進行組合匹配，建立了朗肯循環(huán)余熱回收試驗系統(tǒng)，體積僅為0.95×0.57×0.50m3;通過對溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)的定性分析，制定詳細的控制測量方案，開展了多個汽油機工況下回收系統(tǒng)的性能試驗研究，結(jié)果表明:膨脹機缸壓、流量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的分布規(guī)律驗證了膨脹機仿真模型的正確性，可以用于指導朗肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)性能分

7、析與優(yōu)化;在汽油機功率為39.8-77kW時，膨脹機軸功率為1.61-2.78kW，相當于汽油機功率提高了3.6-4.72％，回收系統(tǒng)的總效率為3.91-5.8％，尾氣的最大可用能利用率為7.7-10.93％;單閥活塞式膨脹機體積小，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)速高，適合小流量，小功率的場合，在回收汽油機尾氣能量方面有很大的潛力，具有良好的工程應用前景。在功率提高率、系統(tǒng)體積等方面對兩種余熱回收系統(tǒng)比較發(fā)現(xiàn)，采用朗肯循環(huán)的方法進行尾氣余熱回收更具有優(yōu)勢