超临界蓄热有机朗肯循环余能回收系统研究

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1、分类号：TK11+.5单位代码：10183研究生学号：2015424023密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）超临界蓄热有机朗肯循环余能回收系统研究StudyonSupercriticalThermalStorageWasteHeatRecoverySystemCouplingORC作者姓名：张成良类别：工程硕士领域（方向）：内燃机公害与控制指导教师：刘金山教授培养单位：汽车工程学院2018年6月———————————————————————超临界蓄热有机朗肯循环余能回收系统研究———————————————————————StudyonSupercriticalThermalSt

2、orageWasteHeatRecoverySystemCouplingORC作者姓名：张成良领域（方向）：内燃机公害与控制指导教师：刘金山教授学位类别：工程硕士答辩日期：2018年6月2日摘要超临界蓄热有机朗肯循环余能回收系统研究能源短缺已经成为世界各国共同关注的问题，内燃机作为一种热效率较高的耗能机械，其热效率也只有百分之三四十左右，即有百分之六十左右的热量以不同的形式耗散掉，所以，对发动机余热回收利用技术的研究尤为重要。车用内燃机存在着尾气实时温度与后处理器的高效温度窗不匹配，以及涡轮增压系统高速时尾气量过剩，瞬态加载工况下进气响应性不足的问题，针对这些问题，本文提出了超临界蓄热有

3、机朗肯循环尾气余热回收整体方案，本方案中的关键技术为超临界蓄热及蓄热式复合涡轮增压。首先，本文介绍了超临界蓄热器的设计，具体设计内容包括超临界蓄热器方案设计，蓄热部分的设计，温压调节箱的设计与校核，超临界蓄热器测控系统的设计。蓄热部分的设计是指根据超临界蓄热器的热负荷及设计目标，进行换热器的选型设计；温压调节箱的设计是指整体结构及总容积的设计，然后进行强度校核；测控系统的设计内容主要包括硬件电路设计和软件设计。其次，本文进行了超临界蓄热器稳定尾气温度的仿真研究。利用GT-POWER软件搭建了超临界蓄热器仿真模型，并进行了模型的可行性验证。确定了尾气研究对象，并选取平均温度AVG、标准差S

4、D、有效度Y、高效度H和综合指数ZH作为评价指标。仿真研究了分别以R123，RC318，R234fa作为蓄热工质时，不同工质加注量对超临界蓄热器尾气温度调节性能的影响，仿真结果显示，以R123作为蓄热工质且加注量为5kg时，对平均温度AVG、标准差SD、有效度Y、高效度H的优化率分别为3.61%，36.99%，19.31%，80.41%，温度调节效果明显。最后，本文进行了蓄热式复合涡轮增压系统的仿真研究。首先利用GT-POWER软件进行了蓄热式复合涡轮增压系统的建模，然后对有无涡轮旁通阀时发动机的性能进行了仿真研究，仿真结果表明，有涡轮旁通阀时发动机的动力性，经济性和排放性比没有时有较大

5、改善，然后进行了旁通阀的开度值标定，最后进行了辅助增压系统改善进气响应性的仿真验证，仿真结果显示，2500r/min，从10%负荷至100%负荷的加载过程中，进气量开始增加的时刻较原机提前了近1.5s，辅助增压系统的介入提高了瞬态加载时的进气响应性。关键词：超临界，蓄热，余能回收，复合增压IAbstractStudyonSupercriticalThermalStorageWasteHeatRecoverySystemCouplingORCEnergyshortagehasbecomeacommonconcernofallcountriesintheworld.Theinternalco

6、mbustionengineisakindofenergyconsumingmachinewithhighthermalefficiency,itsthermalefficiencyisonlyabout40%.Therefore,itisveryimportanttostudytherecoveryandutilizationtechnologyofenginewasteheat.Intermsoftheproblemofmismatchbetweenthetemperatureoftheexhaustgasoftheinternalcombustionengineandthehigh

7、-efficiencytemperaturerangeofthepost-processor,andtheproblemofinsufficiencyofinletresponseundertransientloadingconditionofturbochargedsystem,inthispaper,theoverallschemeofthewasteheatrecoveryispresented.Thekeytechnolog