內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)的評價方法及二級朗肯循環(huán)優(yōu)化研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文內(nèi)燃機余熱回收內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)的評價方法系統(tǒng)的評價方法及二級朗肯循環(huán)優(yōu)化研究二級朗肯循環(huán)優(yōu)化研究EvaluationMethodfEngineWasteHeatRecoverySystemOptimizationResearchofDualloopRankineCycle學(xué)科專業(yè)：動力工程研究生：霍永占指導(dǎo)教師：舒歌群教授田華副教授天津大學(xué)機械工程學(xué)院2016年12月I摘要從內(nèi)燃機運行時的熱平衡分析發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒熱

2、量的6070%被排氣和缸套冷卻水帶走，因此將這部分熱量加以回收利用可提升內(nèi)燃機的熱效率。目前國內(nèi)外對內(nèi)燃機余熱能利用技術(shù)展開了廣泛研究，其中基于有機朗肯循環(huán)的內(nèi)燃機余熱能利用技術(shù)表現(xiàn)出較大的潛力和運用前景?？紤]到內(nèi)燃機排氣溫度較高，直接換熱易使傳統(tǒng)有機工質(zhì)發(fā)生分解，需采用高分解溫度工質(zhì)，但單級循環(huán)效率有限；缸套冷卻水和排氣溫度梯度大，大溫差熱源匹配性差，因此對雙熱源余熱利用率有限，相關(guān)學(xué)者提出了二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)。而二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)比單級

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件多，因此傳統(tǒng)的單一熱力學(xué)指標評價方法很難對復(fù)雜熱力循環(huán)系統(tǒng)進行全面綜合評價。為了更好地評價分析復(fù)雜循環(huán)系統(tǒng)的特點，需要構(gòu)建一個科學(xué)合理的評價方法，基于這個綜合評價方法來分析二級系統(tǒng)和單級系統(tǒng)各自的特點，并開展二級系統(tǒng)的優(yōu)化。本文針對內(nèi)燃機余熱回收C熱力循環(huán)系統(tǒng)評價優(yōu)選的不完善性，在綜合考慮安全環(huán)?？煽啃?、熱力學(xué)性能、技術(shù)經(jīng)濟性及節(jié)能減排效益這三層級屬性因素基礎(chǔ)上，提出了一種基于多級非結(jié)構(gòu)模糊決策的三層次綜合評價方法，包

4、含評價指標模型建立、系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和方案評價決策。該綜合評價方法對用于中低溫余熱回收的熱力循環(huán)系統(tǒng)具有廣泛適用性。在Matlab平臺上建立了用于回收柴油機排氣余熱的單級簡單有機朗肯循環(huán)（BC）、單級回?zé)嵊袡C朗肯循環(huán)（RC）和二級朗肯循環(huán)（DC）模型?；谏鲜鼍C合評價方法對三個系統(tǒng)進行了優(yōu)化對比分析，結(jié)果表明：DC系統(tǒng)的熱力學(xué)性能較BC和RC系統(tǒng)得到顯著提升，但考慮技術(shù)經(jīng)濟性評價指標時DC系統(tǒng)并不占優(yōu)勢。針對DC開展了不同循環(huán)結(jié)構(gòu)（單熱源和

5、雙熱源）、不同工質(zhì)對的系統(tǒng)方案開展了基于遺傳算法的雙目標優(yōu)化，獲得了Pareto折衷解。從評價結(jié)果來看，采用tolueneR123工質(zhì)對回收雙熱源的系統(tǒng)最優(yōu)，當(dāng)考慮不同層級評價指標時方案優(yōu)劣排序會發(fā)生變化。以某6缸4沖程額定功率241kW柴油機排氣為目標熱源，建立了蒸汽有機朗肯循環(huán)（RCC）二級系統(tǒng)試驗樣機。開展了柴油機在不同工況下二級系統(tǒng)響應(yīng)規(guī)律試驗研究，柴油機在轉(zhuǎn)速為1800rmin、扭矩為1152Nm工況下二級系統(tǒng)吸熱量最大達10