增压柴油机排气余热回收的研究

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1、工学硕士学位论文增压柴油机排气余热回收的研究THERESEARCHONEXHAUSTWASTEHEATRECOVERYOFTURBOCHARGEDDIESELENGINE张铁鑫哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工学硕士学位论文增压柴油机排气余热回收的研究硕士研究生：张铁鑫导师：杨建国教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：汽车工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK124U.D.C:621.18DissertationfortheMa

2、ster’sDegreeinEngineeringTHERESEARCHONEXHAUSTWASTEHEATRECOVERYOFTURBOCHARGEDDIESELENGINECandidate：ZhangTiexinSupervisor：Prof.YangJianguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringPowerEngineeringandEngineeringSpecialty：ThermophysicsAffiliation：SchoolofAutomobileEngineeringDateofDefence：June,20

3、15Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要能源推动国家各个行业的发展，消耗量与日俱增，节能减排是我国长期以来坚持的基本战略。汽车业的发展在一定程度上加剧了能源的消耗。而内燃机用于功率输出的能量大约仅占燃料燃烧总能量的1/3，与此相当的一部分能量随排气散失，燃料能量因未得到充分利用造成的损失巨大。加装动力涡轮或换热器回收柴油机的排气余热因对原机改动小、系统简单易置等优点广受关注。本文以某型六缸增压柴油机为研究对象，研究了利用动力涡轮或换热器回收柴油机排气余热的可行性和效果。基于所建立柴油机GT-POWE

4、R模型的仿真模拟结果，使用MATLAB软件计算了排气中蕴含能量的大小。结果表明，柴油机工作在额定转速时的排气能量约占燃料总能的33.27%，回收潜力大。分别建立了增压涡轮与动力涡轮串联和并联的增压柴油机GT-POWER仿真模型，模拟分析了动力涡轮的加入对涡轮增压器、柴油机及整机系统的影响。结果表明：两种方式都会降低柴油机与增压器输出功率。对于串联复合方式，在较高柴油机转速工况下，串联加入动力涡轮能够有效提高系统的输出功率，降低有效燃油消耗率，低速时却使系统性能恶化；对于并联复合方式，在各柴油机转速工况下，并联加入动力涡轮都会使系统的性能恶化，失去余热回收的意义。对串联动力涡轮复合系统

5、的排气能量回收情况进行了分析，计算了排气中余动能、余热能及余压能流率的大小，考察了动力涡轮对能量的回收方式。结果表明：柴油机在额定转速工作时，串联复合方式对三种形式的能量均有不同程度的回收，余压能回收明显，余热能次之，最终可回收约5%的排气总能量。模拟分析了热交换器与增压涡轮串联耦合回收排气余热加热机油或冷却液的方式。结果表明：使用热交换器回收排气余热加热机油可使机油温度120s内达到工作温度（85°C），可减少约一般机油温升时间的2/3；加热冷却液，可使冷却液温度在150s内升高约44K。采用热交换器回收排气余热加热机油或冷却液可显著缩短暖机时间，从而在寒冷冬季有效改善柴油机冷启动

6、时的性能。关键词：柴油机；余热回收；能量分析；动力涡轮；换热器；GT-POWER-I-AbstractAbstractPromotingdevelopmentofthecountry’sindustry,theenergyhasbeenconsumedincreasingly.Energyconservationandemissionreductionisstillthebasicstrategyweadhereoveralongterm.Notonlydidvigorousdevelopmentofautoindustrybringconvenienttoourlife,butal

7、soacceleratedenergyconsumption.Ontheotherhand,theenergyforpoweroutputofinternalcombustionengine(ICE)onlyaccountsforabout1/3oftotalfuelenergy.Samewiththisquiteapartoftheenergylostviaexhausting.Fuelunderusedturnedouttobehugelosses.R