柴油機排氣能量品質對廢氣渦輪發(fā)電能量利用效率的影響.pdf

1、長期以來，內燃機的缸內工作過程以及各種先進內燃機技術（如增壓、HCCI等）得到了深入研究，這些技術雖能改善內燃機缸內指示熱效率但熱效率提高的幅度很小。于是，人們以最大限度提高內燃機熱效率為目的，從排氣能量的回收利用角度出發(fā)，為內燃機的節(jié)能減排開創(chuàng)了新的研究方向。研究表明排氣能量回收利用方式的不同，對排氣能量品質的要求存在差異;內燃機缸內燃燒情況復雜多變，排氣能量品質也不盡相同。因此，對不同工況下排氣能量品質進行分析研究，才能實現(xiàn)合理利用

2、發(fā)動機排氣能量，同時促進排氣能量回收利用技術的完善，達到節(jié)能減排的目的。
　　本文在構建排氣能量品質等級綜合劃分方法的基礎上，分別研究排氣能量品質對動力渦輪廢氣能量利用效率和發(fā)電效率的影響。搭建YND485Q柴油機——J56動力渦輪排氣能量回收利用試驗臺架并進行相關試驗;處理試驗數(shù)據(jù)，研究排氣能量品質對管道中的能量沿程損失和動力渦輪可用能損失的影響;利用Matlab/Simulink軟件，實現(xiàn)動力渦輪——減速機構——發(fā)電系統(tǒng)模型的

3、聯(lián)合仿真，模擬計算出排氣能量品質變化規(guī)律對廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的影響。
　　研究結果表明:從熱力學的角度，發(fā)動機排氣可用能占柴油燃燒熱的19％～30％。雖然發(fā)動機排氣具有很高的可用能，但動力渦輪對這部分排氣能量的利用率僅僅為5.69％～15.52％。當發(fā)動機轉速為2800r/min，負荷為90％時，動力渦輪對排氣可用能的利用潛力發(fā)揮到最佳狀態(tài)。
　　在排氣能量品質等級綜合劃分方法下，該試驗臺架渦前、渦后排氣能量品質等級、

4、能級差范圍分別為2.69～5.98、1.95～4.91和0.70～1.15。當轉速為2800r/min、負荷為75％時，排氣能量品質等級差達到最大值，對應的渦輪(炯)效率也是最大值。相對于溫度劃分方法，綜合劃分方法下的渦前、渦后排氣能量品質等級的范圍縮小且能級差數(shù)值增大。2800r/min轉速下，負荷從75％增大至90％期間，該試驗臺架廢氣渦輪能量回收利用效率保持在一個良好且穩(wěn)定的狀態(tài)。
　　隨著排氣能量品質的增大，動力渦輪的等熵

5、效率總體呈先增大后減小的趨勢，動力渦輪可用能損失先增大后減小至最小值，之后繼續(xù)增大。當排氣能量品質等級數(shù)為4.75左右時，排氣渦后壓力、渦前壓力和渦前排氣溫度分別為9.83kPa、22.08kPa和670K，此時達到此動力渦輪的最優(yōu)膨脹比2.27，動力渦輪的等熵效率達到峰值，動力渦輪可用能損失最少。
　　分析廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的聯(lián)合仿真結果，排氣能量品質等級為4.70，渦輪等熵功率為14.22kW，對應的渦輪轉速為5090

6、0 r/min，車用發(fā)電機不工作。當排氣能量品質等級超過4.70后，發(fā)電機轉速開始轉動，且轉速從6200r/min后一直呈線性增長。車用發(fā)電機開始穩(wěn)定工作，對外輸出穩(wěn)定電壓且電壓的大小隨時間成正弦曲線變化，幅值為28V，負載為50Ω時輸出電流為0.56A。
　　總的看來，當排氣能量品質等級數(shù)超過4.70后，最終能夠完全回收轉化為電能的排氣可用能約為2.12kW～3.08kW，廢氣渦輪發(fā)電能量回收系統(tǒng)利用效率為5.49％～10.14