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

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

2、”兩個層面對余熱能流進行分析，并通過燃燒反應(yīng)方程式推導(dǎo)的方法計算得到了排氣組分與酸露點溫度，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朗肯底循環(huán)余熱回收系統(tǒng)，給出了有機朗肯底循環(huán)工質(zhì)的分類與選擇原則。針對亞臨界與跨臨界循環(huán)的特點，分別提出兩種循環(huán)傳熱窄點的分析方法。對于常規(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%。對于高溫烷烴類工

3、質(zhì)性能的研究顯示：Cyclohexane作為工質(zhì)時可獲得最佳循環(huán)性能，可將柴油機的燃油經(jīng)濟性提高9.3%。
　　對帶導(dǎo)熱油中間換熱的排氣余熱回收有機朗肯底循環(huán)系統(tǒng)進行了理論設(shè)計與實驗研究。理論設(shè)計顯示：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)計工況，建立實驗測試平臺，初步測試結(jié)果顯示：在最佳工況下，采用有機朗肯底循環(huán)后柴油機熱效率提高潛力為3.38%。
　　針對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)計方案。通過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，為進一步提高板翅式排氣換熱器性能，采用CFD方法對傳統(tǒng)板翅式換熱器翅片進行優(yōu)化，提出了兩種高效翅片型式。
　　為充分利用柴油機各項余熱能量，建立了二級雙回路底循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)對各項余熱能量的梯級利用。研究表明：Toluene作為高溫級循