基于天然气发动机排气余热回收系统的非共沸混合工质性能分析

《基于天然气发动机排气余热回收系统的非共沸混合工质性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第3期(总第218期)车用发动机No．3(SerialNo．218)2015年6月VEHICLEENGINEJun．2015基于天然气发动机排气余热回收系统的非共沸混合工质性能分析娄宗勇，郭珍。，宋松松。，张红光。(1．承德石油高等专科学校汽车工程系，河北承德067000；2．中国北方发动机研究所(天津)，天津300400；3．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124)摘要：针对一台车用天然气发动机排气能量的变化规律，建立了带回热器有机朗肯循环系统，对比分析了采用纯工质R245fa和非共沸混合工质R416A时，带回热器有机朗肯循环系统的净输出功率、热效率、炯效率

2、和单位工质能量输出密度。结果表明，采用非共沸混合工质R416A时上述各项性能指标均优于采用纯工质R245fa。最后，构建了天然气发动机一带回热器有机朗肯循环联合系统，采用非共沸混合工质R416A，分析了联合系统的热效率。结果表明，加装带回热器有机朗肯循环系统后，发动机热效率最大可提高7。关键词：天然气发动机；余热回收；有机朗肯循环；非共沸混合工质DO1：10．3969／j．issn．1OOl_2222．2015．03．010中图分类号：TK406文献标志码：B文章编号：1001—2222(2015)030045—06由于受到工作原理和结构的制约，天然气发动发动机，其主要

3、性能参数见表1。通过设计内燃机机的有效热效率都较低，为30左右，大部分燃料性能试验，分析天然气发动机在整个工况范围内的燃烧能量通过排气和冷却水释放到大气中，而其中性能以及排气能量的变化情况。在试验测试过程排气余热能量品位较高。因此，如何有效回收利用中，发动机转速范围为800~2200r／min，转速间隔这部分热量，成为节能领域研究的重要课题ll。为200r／min，在每个转速下测试11个不同负荷工目前，采用有机朗肯循环装置回收内燃机余热况点。成为研究热点l3。。在工质选择方面，非共沸混合表1天然气发动机主要技术参数工质在蒸发和冷凝相变时存在一定程度的温度滑标定功率／kW

4、206缸径／ram114移，与冷热源间有较好的热匹配，因此降低了可用能定功率转22OO压缩比10．5：1的损耗，减小了系统的不可逆损失。但是国内外非速／r·min共沸混合工质的应用主要集中在太阳能、地热等领排量／I8．3最大扭矩／N·rfl1050域l_】”]，在内燃机余热利用方面的应用研究还很少。行程／ram135本研究根据发动机试验分析了1台6缸天然气图1示出天然气发动机的万有特性。从图1可发动机全工况范围内的排气余热能特性，设计了一以看出，随着转速和负荷的增大，发动机的输出功率套带回热器的有机朗肯循环系统，对比分析了非共沸逐渐增大。在标定工况点处，发动机功率达到最

5、大混合工质R416A和纯工质R245fa对系统性能的影值206．9kw。在发动机中转速、中高负荷区域，发响。最终建立了车用天然气发动机一带内部回热器有动机的有效燃气消耗率(6)较低，燃油经济性较好。机朗肯循环联合系统，并分析了联合系统的热效率。当发动机转速为1400r／min、扭矩为1050N·m时，b达到最小值，为199g／(kW·h)，在发动机低1天然气发动机排气余热能特性分析负荷区域，燃气消耗率普遍较高，燃油经济性较差，研究对象为1台增压中冷直列6缸车用天然气高转速时尤为严重。收稿日期：2O14—12-24；修回日期：2015-0320基金项目：国家自然科学基金资

6、助项目(51376011)；北京市教育委员会科技计划重点项目(KZ201410005003)；承德市科学技术研究与发展计划科技支撑项目(201422113)作者简介：娄宗勇(1981一)，男，硕士，主要研究方向为内燃机排气余热利用技术；louzongyongl12@126．corn。2015年6月娄宗勇，等：基于天然气发动机排气余热回收系统的非共沸混合工质性能分析‘47’环系统(见图5)。蒸发器中的有机工质吸收排气能程，5—6表示低压过热气体在回热器内的放热过量后变成高温高压气体，随后进入膨胀机做功，做功程，6—1过程表示工质在冷凝器内的冷凝过程。后的乏气进入回热器与下

7、一循环进入回热器的有机工质进行换热，换热后的乏气经过冷凝器后流回储液罐，工质泵将有机工质从储液罐中抽出，压缩成高压液体，高压液态有机工质通过回热器吸收上一循环乏气的废热后进入蒸发器吸收天然气发动机的排气能量，至此完成一个工作循环。a非共沸混合工质R416Ab纯工质R245fa图6工质温熵图对应每一个工作过程，基于热力学第一定律和热力学第二定律，推导带回热器有机朗肯循环性能参数的计算公式。对应1—2，工质泵的耗功为。一m(h。一h)一。(4)式中：为有机工质质量流量；为工质泵等熵效率。图5天然气发动机排气余热回收系统模型对应2—3和5—6，