船舶余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析及优化设计

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1、天津大学硕士学位论文船舶余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析及优化设计SystemperformanceanalysisandoptimizationdesignofanOrganicRankineCycleforwasteheatrecoveryfrommarineengineexhaust学科专业：工程热物理研究生：高静指导教师：李惟毅教授天津大学机械工程学院2017年5月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果

2、，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据

3、中文摘要能源问题越来越受到关注。石油价格持续攀升，而石油燃料是船舶运行的主要能量来源，其高能耗的工作过程势必会增加船舶运输成本，因此降低船舶耗能是亟需解决的课题。在此现状下，考虑船舶柴油机烟气的特点，本文利用有机朗肯循环对船舶柴油机烟气的余热进行回收利用，设计了一套船舶烟气驱动的有机朗肯循环的余热回收系统，结合理论分析与实际工况，建立其热力学模型，对其进行系统性能分析以及优化设计。本文首先对国内外的余热回收技术以及船舶余热的回收利用技术的研究现状分别进行了简述，对现有的研究工作进行了分析与讨论。然后，对滚装船柴油机烟气参数进行运行实测，继而做

4、了热力平衡计算，并分析烟气成分以及其热能特性。设计船舶烟气驱动的有机朗肯循环余热回收系统，考虑冷却水的循环功耗，建立系统的热力学模型，分析系统的蒸发温度、冷凝温度以及膨胀机膨胀比对系统性能的影响。系统的热效率和㶲效率随蒸发温度的上升先增大再减小，而不可逆损失则先减小再增大。在膨胀比一定时，系统存在最佳的蒸发温度。在蒸发温度一定的情况下，热效率和㶲效率随着膨胀比的增大而提高，不可逆损失有相反的变化；冷凝温度的提高会降低系统的热效率和㶲效率。通过对㶲效率和经济性能指标的多目标优化得出综合评价指标。以经济性目标函数和综合评价函数确定的最佳冷凝温度不

5、同，通过分析，以综合评价函数为优化目标时可以确定最佳冷凝温度。横向分析R123、R141b、R245fa、R245ca、R600a和cyclohexane6种工质，以cyclohexane和R141b为工质，系统有较优的经济性能和综合性能，多评价指标综合分析，R141b是船舶烟气驱动的有机朗肯循环的最优工质。最后，以R141b为工质，设计了一套船舶烟气驱动有机朗肯循环的系统。对循环系统的关键部件蒸发器、冷凝器进行了设计计算，并且通过参数的计算，对以螺杆机作为膨胀机做功装置进行了初步的计算，得出了螺杆膨胀机的相关设计参数。关键字：有机朗肯循环，

6、船舶柴油机，余热回收，综合评价指标，优化设计II万方数据ABSTRACTWiththeenergycrisisincreasinglyprominent,theoilpricesriseupcontinually.Theoilfuelisthemainsourceofenergyfortheoperationoftheship,anditshighenergyconsumptionprocessisboundtoincreasethecostofshippingtheship,soreducingtheenergyconsumptionoft

7、heshipisanurgentproblemtobesolved.Basedonthebackgroundofthesestudy,combinedwiththecharacteristicsoffluegaswasteheatofmarinedieselengineandtherecoverytechnologyoflowtemperaturewasteheatofOrganicRankinecyclesystem,thisarticledesignsasystemofOrganicRankinecycledrivenbyfluegasw

8、asteheat,anditsthermodynamicsModel,combinedwiththeoreticalanalysisandpracticalcond