车用内燃机—有机朗肯循环联合系统的集成仿真与运行模式研究

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1、中文图书分类号：TK402密级：公开UDC：621.4学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：车用内燃机-有机朗肯循环联合系统的集成仿真与运行模式研究论文作者：宋松松学科：动力工程及工程热物理指导教师：张红光论文提交日期：2017年05月UDC：621.4学校代码：10005中文图书分类号：TK402学号：B201305008密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：车用内燃机-有机朗肯循环联合系统的集成仿真与运行模式研究英文题目：STUDYONINTEGRATEDSIMULATIONANDRUNNINGMODEOF

2、VEHICLEENGINE-ORGANICRANKINECYCLECOMBINEDSYSTEM论文作者：宋松松学科：动力工程及工程热物理研究方向：车辆及动力系统节能、净化与控制申请学位：工学博士指导教师：张红光所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2017年05月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeinEngineeringSTUDYONINTEGRATEDSIMULATIONANDRUNNINGMODEOFVEHICLEENGINE-O

3、RGANICRANKINECYCLECOMBINEDSYSTEMSONGSONGSONGSupervisedbyProfessorZHANGHONGGUANGMajorinPowerEngineeringandEngineeringThermophysicsBeijingUniversityofTechnologyMay,2017独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过

4、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：宋松松日期：2017年05月22日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：宋松松日期：2017年05月22日导师签名：张红光日期：2017年05月22日摘要摘要基于内燃机能量平衡，燃料燃烧总能量中有三分之一左右通过尾气排放到大气中，这不仅浪费了大量的石油资源，还造

5、成了严重的环境污染。因此，将内燃机尾气的余热能高效转化再利用是解决上述问题的有效途径。利用有机朗肯循环系统回收内燃机排气能量，可以达到提高燃油利用率的目的。本文通过理论计算、数值模拟和实验研究相结合的方法，研究了变工况下固定式内燃机余热利用系统的运行性能，构建了车用内燃机-有机朗肯循环联合系统（简称车用内燃机-ORC联合系统）集成仿真模型，研究了车用内燃机-ORC联合系统的运行模式及控制策略，利用遗传算法对车用内燃机-ORC联合系统进行了性能优化，搭建了有机朗肯循环系统关键部件实验测试平台，并进行了初步的实验研究。针对固定式内燃机的排气余热特性，分别采用理论计

6、算和数值模拟，研究了固定式内燃机-带回热器有机朗肯循环联合系统及固定式内燃机-简单有机朗肯循环联合系统的运行性能。研究表明，当蒸发压力为3MPa，固定式内燃机-带回热器有机朗肯循环联合系统热效率较原固定式内燃机提高5.0%；当蒸发压力为2.9MPa，固定式内燃机-简单有机朗肯循环联合系统热效率较原固定式内燃机同样提高5.0%。而简单有机朗肯循环系统部件数量相对较少，因此该系统在车用内燃机余热回收技术中具有较大优势。这为针对车用内燃机排气余热回收系统的理论和数值模拟研究奠定基础。利用GT-Suite软件分别搭建了车用内燃机与有机朗肯循环系统仿真模型，研究了蒸发压

7、力、冷凝压力及相应的压力损失、窄点温差和有机工质质量流量等运行参数对有机朗肯循环系统运行性能的影响。研究表明，冷凝器工质侧的压降对膨胀机输出功率的影响要比蒸发器工质侧压降的影响大；随着蒸发压力和有机工质质量流量的增加，窄点温差最大变化了24.8K。根据上述研究结果，进而构建了车用内燃机-ORC联合系统集成仿真模型。针对车用内燃机-ORC联合系统集成仿真模型，提出了一种适用于该联合系统运行模式的判别方法。进而根据实验设计分析结果，确定了联合系统运行模式。当车用内燃机-ORC联合系统处于运行区间时，采用基于模型的虚拟标定方法获得运行区间最佳关键运行参数的变化规律。

8、研究表明，在内燃机低负荷区域，最优工质