本文關(guān)鍵詞：ORC系統(tǒng)換熱器性能分析及蒸發(fā)器對發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響研究

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【摘要】：基于發(fā)動(dòng)機(jī)的能量平衡,燃料燃燒總能量中有大約30%通過尾氣排放到大氣中。因此,將發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的余熱能高效轉(zhuǎn)化再利用是節(jié)能減排的有效途徑。本研究利用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)回收發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量,蒸發(fā)器和冷凝器作為ORC系統(tǒng)的換熱部件,對ORC系統(tǒng)的熱功轉(zhuǎn)換性能有重要影響。因此,分析蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)流體的流動(dòng)與傳熱特性、研究蒸發(fā)器對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響對合理設(shè)計(jì)換熱器結(jié)構(gòu)及提升整個(gè)余熱回收系統(tǒng)的性能有十分重要的意義�；贠RC系統(tǒng)中的管翅式蒸發(fā)器,應(yīng)用CFD方法建立了蒸發(fā)器殼側(cè)和管側(cè)的三維數(shù)值計(jì)算模型,利用計(jì)算結(jié)果分析了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣在蒸發(fā)器殼側(cè)、工質(zhì)在蒸發(fā)器管側(cè)的流動(dòng)與傳熱特性,并利用場協(xié)同原理討論了蒸發(fā)器的換熱性能。研究了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、ORC系統(tǒng)的工質(zhì)蒸發(fā)壓力及工質(zhì)入口速度對蒸發(fā)器管側(cè)壓降、出口處工質(zhì)的氣體體積分?jǐn)?shù)和管壁平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響。研究結(jié)果表明:發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速下有利于ORC系統(tǒng)中工質(zhì)的蒸發(fā);提高ORC系統(tǒng)的工質(zhì)蒸發(fā)壓力可以降低工質(zhì)在蒸發(fā)器管內(nèi)的流動(dòng)阻力,但同時(shí)也會影響工質(zhì)的蒸發(fā);增大工質(zhì)入口速度可以提高蒸發(fā)器管側(cè)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),但同時(shí)也會增加工質(zhì)在蒸發(fā)器管內(nèi)的流動(dòng)阻力并降低蒸發(fā)器出口處工質(zhì)的氣體體積分?jǐn)?shù)�；贠RC系統(tǒng)中的人字波紋板型冷凝器,應(yīng)用CFD方法建立了人字波紋板型冷凝器單流道的數(shù)值計(jì)算模型,研究了工質(zhì)入口速度對冷凝器通道內(nèi)壓降及波紋板表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)工質(zhì)入口速度增加時(shí),波紋板的傳熱性能改善,但此時(shí)工質(zhì)在冷凝器內(nèi)的流動(dòng)阻力也增大。為研究ORC系統(tǒng)中蒸發(fā)器對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響,利用GT-Power軟件建立發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型,針對發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)工況點(diǎn),得到了發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩及有效燃油消耗率(BSFC)的變化情況。通過理論計(jì)算,得到了發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)(即發(fā)動(dòng)機(jī)與ORC系統(tǒng)相耦合)的功率提升率和BSFC改善度的變化情況。研究結(jié)果表明,加裝ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器后,由于排氣背壓增加,導(dǎo)致原發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩有所下降、BSFC有所上升。但與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比,發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)的功率有所提升,BSFC有所降低。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)朗肯循環(huán) 蒸發(fā)器 冷凝器 數(shù)值模擬 流動(dòng)與傳熱特性
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK403
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 物理量名稱及符號表8-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 ORC系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 換熱器的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容21-24
• 第2章 排氣在蒸發(fā)器殼側(cè)的流動(dòng)與傳熱特性分析24-44
• 2.1 Fluent軟件介紹24-25
• 2.2 蒸發(fā)器殼側(cè)物理模型25-26
• 2.3 模型的邊界條件及控制方程26-29
• 2.4 網(wǎng)格的建立及計(jì)算方法29-30
• 2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證30-31
• 2.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)介紹30-31
• 2.5.2 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比31
• 2.6 數(shù)值模擬結(jié)果分析31-41
• 2.6.1 排氣溫度分布31-34
• 2.6.2 排氣壓力分布34-36
• 2.6.3 排氣流場分布36-37
• 2.6.4 場協(xié)同角分布37-41
• 2.7 本章小結(jié)41-44
• 第3章 工質(zhì)在蒸發(fā)器管側(cè)的流動(dòng)與傳熱特性分析44-60
• 3.1 蒸發(fā)器管側(cè)物理模型44-45
• 3.2 模型的邊界條件45
• 3.3 兩相流計(jì)算模型45-46
• 3.4 網(wǎng)格的建立及計(jì)算方法46-47
• 3.5 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比47
• 3.6 數(shù)值模擬結(jié)果分析47-50
• 3.6.1 工質(zhì)溫度分布48
• 3.6.2 工質(zhì)壓力分布48-49
• 3.6.3 速度矢量分布49-50
• 3.7 不同條件下的數(shù)值模擬結(jié)果分析50-59
• 3.7.1 工質(zhì)不同入口速度下的蒸發(fā)情況50-52
• 3.7.2 工質(zhì)不同入口速度下的溫度分布52-53
• 3.7.3 工質(zhì)不同入口速度下的管側(cè)壓降53
• 3.7.4 不同蒸發(fā)壓力下工質(zhì)的流動(dòng)及傳熱特性53-55
• 3.7.5 不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下工質(zhì)的流動(dòng)及傳熱特性55-59
• 3.8 本章小結(jié)59-60
• 第4章 工質(zhì)在冷凝器中的流動(dòng)與傳熱特性分析60-72
• 4.1 冷凝器物理模型60-61
• 4.2 模型的邊界條件61-62
• 4.3 網(wǎng)格的建立及計(jì)算方法62-63
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比63-64
• 4.5 數(shù)值模擬結(jié)果分析64-66
• 4.5.1 工質(zhì)壓力分布64
• 4.5.2 工質(zhì)速度分布64-66
• 4.5.3 場協(xié)同角分布66
• 4.6 工質(zhì)入口速度對通道壓降和換熱的影響66-71
• 4.6.1 工質(zhì)入口速度對通道壓降的影響67-69
• 4.6.2 工質(zhì)入口速度對通道換熱的影響69-71
• 4.7 本章小結(jié)71-72
• 第5章 發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)中蒸發(fā)器對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響72-84
• 5.1 GT-Power軟件介紹72
• 5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型72-76
• 5.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型的建立72-74
• 5.2.2 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比74-76
• 5.3 蒸發(fā)器對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響76-78
• 5.4 ORC系統(tǒng)工作原理及熱力學(xué)模型78-80
• 5.5 發(fā)動(dòng)機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)的運(yùn)行性能分析80-82
• 5.6 本章小結(jié)82-84
• 結(jié)論與展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 攻讀學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果90-92
• 攻讀學(xué)位期間獲獎(jiǎng)情況92-94
• 致謝94

【相似文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 貝晨;ORC系統(tǒng)換熱器性能分析及蒸發(fā)器對發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

2 張可新;開放源碼編譯器ORC系統(tǒng)中若干優(yōu)化技術(shù)[D];中國科學(xué)院研究生院（計(jì)算技術(shù)研究所）;2002年

3 陳紫微;ORC系統(tǒng)分液冷凝器性能對比評價(jià)及優(yōu)化[D];廣東工業(yè)大學(xué);2015年

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本文編號：713414