本文關鍵詞：可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統研究

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【摘要】：隨著能源消費模式由煤炭向石油的轉變，人類社會對石油能源依賴程度與消耗需求逐日增加。其中，作為工業(yè)發(fā)展重要支撐的汽車工業(yè)，對石油能源依賴更為嚴重，中國作為汽車生產和消費大國，汽車對石油能源巨大消耗或將成為制約我國經濟社會、汽車工業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，對汽車尾氣余能的回收利用技術可提升車用燃油的有效利用率，因其節(jié)能特點已成為國內外研究熱點。 根據上述情況，本文對比分析了國內外主流尾氣余能利用技術，提出了可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統。提出了以可變膨脹比功能為核心、旨在充分利用工質汽化潛熱的技術路線，明確了以自由活塞式膨脹機(FPE)和可變膨脹比的葉片式氣動馬達(VEPME)為研究重點的柴油機尾氣余能利用方案的整體技術構架，本文首先對典型有機朗肯循環(huán)熱力過程及關鍵敏感因素進行分析，進而對可實現變膨脹比功能的兩膨脹機各自的運行原理進行詳盡介紹，先后構建了試驗臺架及結合兩膨脹機的有機朗肯循環(huán)（ORC-FPE與ORC-VEPME）的仿真模型，對兩系統展開研究與評價。 ORC-FPE系統的研究與評價，前期以試驗手段完成了系統可行性評價，并通過仿真手段對不同輸出方式下的ORC-FPE系統的影響因素及回收效能進行探究： （1）ORC-FPE相似系統試驗評價：搭建了完整的ORC-FPE相似系統，以變頻工質泵改變工質進入蒸發(fā)器內的壓力，實驗探究ORC-FPE相似系統在不同工質壓力下的功量轉化效率、蒸發(fā)器換熱效率及系統整體效率；試驗結果表明，最佳系統性能在工質壓力為0.6MPa附近取得，分別為蒸發(fā)器換熱效率最大值為62%左右、功量最大轉化效率可達12%左右、最高的整體效率可達6.5%左右。 （2）輔助壓氣ORC-FPE系統仿真研究與評價：首先構建基于GT-suite的輔助壓氣ORC-FPE系統的一維仿真模型，并從能量平衡及模型性能曲線兩方面驗證了模型的合理性；不同及輸出壓力下ORC-FPE系統性能評價與分析表明，在值為2.5時，系統呈現最佳性能，其中，,為50.7%、,為23.7%，在11-14bar目標輸出壓力范圍內，11bar時系統性能最優(yōu)，其中,為53.2%，,為26.5%；對不同熱力狀態(tài)及輸入功率下ORC-FPE系統性能進行了評價與分析：最佳性能為為42.8%、為648.9mg/KJ，于高溫高壓工質壓力為11.5bar、溫度為383K、為1.2s/cycle、為332g/cycle下取得，折算到實際應用中，可實現9.04L/s輸出能力。 （3）輔助做功ORC-FPE系統仿真研究與評價：構建基于GT-suite的輔助做功ORC-FPE系統一維仿真模型并從運行狀況的性能曲線角度驗證了構建模型的可用性；不同動力活塞與動力缸壁間隙下的系統性能表明，當間隙為0.3mm，與無間隙的初始狀態(tài)相比，在相同阻尼系數的前提下損失為9.5%，但理論上存在間隙就會消除20%左右的摩擦損失，綜合作用系統輸出凈功增加10%左右。因此，當間隙不大于0.3mm時均可提升系統輸出性能。 ORC-VEPME系統的研究與評價，，通過仿真與試驗結合的手段，對ORC-VEPME可變膨脹比實現效果及影響因素進行探究： （1）ORC-VEPME系統仿真研究與評價：構建了ORC-VEPME系統仿真模型，并從氣動馬達運行曲線及PID控制曲線兩方面驗證了模型的可用性；不同熱力狀態(tài)下系統性能評價與分析表明，從提升做功能力角度，提升工質溫度、壓力有利于系統性能輸出；不同噴射角度及余隙容積下系統性能評價與分析表明，最佳噴射角度位于上止點后30度，且最佳余隙容積為0.03L。 （2）可變膨脹比氣動馬達特性試驗研究：依據專利設計加工了可變膨脹比葉片式氣動馬達實物，并搭建了VEPME特性試驗臺架，以壓縮空氣為工質，探究了不同膨脹比、工作壓力下馬達的性能表現，試驗驗證了該馬達具備可變膨脹比功能。 （3）ORC-VEPME系統試驗評價：以仿真數據為參考，選配ORC循環(huán)主要部件，搭建了完整的ORC-VEPME相似系統試驗臺架，進行實際試驗，不斷根據試驗現象及問題修正試驗方案，為后續(xù)試驗探究奠定基礎。
【關鍵詞】：朗肯循環(huán) 可變膨脹比式膨脹機 余能回收 GT-suite
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U464.134.4;TK115
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 國內外研究現狀15-23
• 1.2.1 發(fā)動機尾氣余熱利用15-17
• 1.2.2 有機朗肯循環(huán)余熱回收車企應用實例17-19
• 1.2.3 有機朗肯循環(huán)工質的選擇19-20
• 1.2.4 有機朗肯循環(huán)膨脹機的選擇20-23
• 1.3 本文研究的主要內容23-25
• 第2章 可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統介紹25-37
• 2.1 有機朗肯循環(huán)的介紹25-30
• 2.1.1 有機朗肯循環(huán)熱力過程分析26-28
• 2.1.2 有機朗肯循環(huán)敏感因素分析28-30
• 2.2 可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統運行原理30-35
• 2.2.1 可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統概念提出30-31
• 2.2.2 ORC-FPE 系統運行原理31-33
• 2.2.3 ORC-VEPME 系統運行原理33-35
• 2.3 本章小結35-37
• 第3章 ORC-FPE 系統的研究與評價37-69
• 3.1 ORC-FPE 相似系統試驗評價37-39
• 3.2 輔助壓氣 ORC-FPE 系統仿真研究與評價39-60
• 3.2.1 輔助壓氣 ORC-FPE 系統仿真模型可用性分析41-45
• 3.2.2 不同及輸出壓力下系統性能評價與分析45-52
• 3.2.3 不同熱力狀態(tài)及輸入功率下系統性能評價與分析52-60
• 3.3 輔助做功 ORC-FPE 系統仿真研究與評價60-66
• 3.3.1 輔助做功 ORC-FPE 系統仿真模型可用性分析62-63
• 3.3.2 不同間隙狀態(tài)系統性能評價與分析63-66
• 3.4 本章小結66-69
• 第4章 ORC-VEPME 系統的研究與評價69-93
• 4.1 ORC-VEPME 系統仿真研究與評價69-80
• 4.1.1 ORC-VEPME 系統仿真模型可用性分析70-72
• 4.1.2 不同熱力狀態(tài)下系統性能評價與分析72-76
• 4.1.3 不同噴射角度及余隙容積下系統性能評價與分析76-80
• 4.2 可變膨脹比氣動馬達特性試驗研究80-85
• 4.2.1 VEPME 特性試驗臺架構建81-82
• 4.2.2 試驗過程及結果分析82-85
• 4.3 ORC-VEPME 系統試驗研究85-89
• 4.3.1 ORC-VEPME 臺架構建85-87
• 4.3.2 ORC-VEPME 試驗結果分析87-89
• 4.4 本章小結89-93
• 第5章 全文總結及工作展望93-97
• 5.1 全文總結93-95
• 5.2 工作展望95-97
• 參考文獻97-103
• 作者簡介及科研成果103-105
• 致謝105

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：984848