车用发动机变工况下有机朗肯循环系统运行特性研究

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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：车用发动机变工况下有机朗肯循环系统运行特性研究论文作者：杨凯学科：动力工程及工程热物理指导教师：张红光教授论文提交日期:2015年06月UDC：621.4学校代码：10005中文图书分类号：TK402学号：B201205001密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：车用发动机变工况下有机朗肯循环系统运行特性研究英文题目：STUDYONOPERATINGCHARACTERISTICSOF

2、ORGANICRANKINECYCLESYSTEMFORVEHICLEENGINEUNDERVARIOUSOPERATINGCONDITIONS论文作者：杨凯学科：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：张红光教授所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2015年05月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeinEngineeringSTUDYONOPERAT

3、INGCHARACTERISTICSOFORGANICRANKINECYCLESYSTEMFORVEHICLEENGINEUNDERVARIOUSOPERATINGCONDITIONSYANGKAISupervisedbyProfessorZHANGHONGGUANGMajorinPowerEngineeringandEngineeringThermophysicsBeijingUniversityofTechnologyMay,2015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

4、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：杨凯日期：2015年6月8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：杨凯日期：

5、2015年6月8日导师签名：张红光日期：2015年6月8日摘要摘要车用发动机消耗了大量的石油资源、造成了严重的环境污染，提高车用发动机燃油利用效率是目前备受关注的研究问题之一。基于发动机的能量平衡，相当比例的燃油燃烧总热量通过冷却介质及排气被排放到大气中（称为余热能）。因此，对发动机的余热能进行回收利用可以提高发动机的燃油利用效率，实现节能减排的目的。本文利用有机朗肯循环系统回收发动机的排气能量，进而转化为有用功。通过理论计算、数值模拟和实验研究相结合的方法，研究了车用发动机变工况下，不同形式有机朗肯循环系统的运行特性，探

6、讨了混合工质及系统运行参数对车用发动机—有机朗肯循环联合系统（简称：联合系统）运行性能的影响，分析了加装有机朗肯循环系统后，发动机运行性能的变化情况，讨论了基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统适用条件及其在车用发动机余热回收方面的运行性能，利用粒子群算法对联合系统进行了多目标多参数优化，改进联合系统实验台架，并进行了初步实验。通过理论计算，分析了变工况下车用发动机—简单有机朗肯循环联合系统和车用发动机—带回热器有机朗肯循环联合系统的运行性能，利用AspenPlus软件研究了基于发动机某工况点简单有机朗肯循环、带回热器有机朗肯

7、循环和双有机朗肯循环系统的运行性能。研究表明，针对额定功率为280kW的某款发动机，通过对发动机余热能的回收利用，简单有机朗肯循环、带回热器有机朗肯循环和双有机朗肯循环分别可输出净功率30.76kW、36.90kW和43.70kW，虽然双有机朗肯循环系统的净输出功率最大，但其热效率较低、结构复杂，综合考虑，带回热器有机朗肯循环系统更适用于车用发动机。在本文中，考虑到安装空间的限制，只对简单有机朗肯循环系统进行了实验研究。通过理论计算，研究了纯工质、共沸混合工质和非共沸混合工质的有机朗肯循环系统的运行性能，基于简单有机朗肯循

8、环系统和带回热器有机朗肯循环系统，着重研究了非共沸混合工质对联合系统运行性能的影响情况。研究表明，针对额定功率为280kW的某款发动机，非共沸混合工质R416A的联合系统的运行性能最优，其最大净输出功率、热效率、㶲效率及余热回收效率分别可达34.38kW、12.63%、38.23%和11.74%。基于简