發(fā)布時(shí)間：2020-09-03 09:16

　　 從發(fā)動(dòng)機(jī)的能量平衡角度來看,發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中燃料燃燒僅產(chǎn)生部分有用功,大部分能量通過冷卻系統(tǒng)和排氣散失。將發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱能有效地轉(zhuǎn)化利用,是提高內(nèi)燃機(jī)總能效率、降低燃油消耗量的有效途徑。本研究利用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)回收車用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量,蒸發(fā)器作為ORC系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能有重要影響。因此,對(duì)管翅式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和性能研究具有重要的價(jià)值與意義�；诠艹崾秸舭l(fā)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立應(yīng)用于車用柴油機(jī)余熱回收有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中管翅式蒸發(fā)器的熱力模型。采用粒子群算法對(duì)管翅式蒸發(fā)器進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,選取殼側(cè)進(jìn)口半徑、管側(cè)進(jìn)口半徑、翅片高度、翅片間距和翅片厚度作為優(yōu)化變量,年化總成本、管束區(qū)域體積和殼側(cè)排氣壓降作為目標(biāo)函數(shù),采用線性權(quán)重法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行決策,通過Matlab R2010a計(jì)算以后得到的曲線可以較好的體現(xiàn)參數(shù)變化對(duì)殼側(cè)排氣壓降、年化總成本和管束區(qū)域體積所引起的目標(biāo)函數(shù)影響關(guān)系。研究結(jié)果表明:與初始設(shè)計(jì)參數(shù)相比,優(yōu)化后的管翅式蒸發(fā)器體積增加6.49%,年化總成本減少71.46%,殼側(cè)排氣壓降減少27.6%�；贑FD方法模擬管翅式蒸發(fā)器局部三維模型中排氣與翅片管之間的共軛傳熱,得到排氣在翅片管間的溫度、壓力以及速度分布等,并研究排氣流速和翅片厚度對(duì)流動(dòng)和換熱的影響。研究結(jié)果表明:隨著排氣流速增大,尾流區(qū)內(nèi)排氣的流速有所增加,可以減小尾流區(qū)的面積,翅片管的換熱效果得到改善。翅片厚度增加,翅片管的換熱性能有所提升,但是進(jìn)出口壓降升高�；贑FD方法對(duì)管翅式蒸發(fā)器整體的計(jì)算模型排氣和工質(zhì)單相流動(dòng)和換熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬,將車用柴油機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為初始條件,根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析排氣和工質(zhì)R245fa分別在蒸發(fā)器殼側(cè)和管側(cè)的單相流動(dòng)和換熱特性。研究結(jié)果表明:排氣流經(jīng)管翅式蒸發(fā)器引起的排氣背壓增量為127.2Pa,排氣壓力的最大值出現(xiàn)在第一排管束的中心區(qū)域;在殼側(cè)管束中心區(qū)域流線分布較密,換熱效果較好,邊緣位置流線分布較少,換熱效果較差;蒸發(fā)器管側(cè)有機(jī)工質(zhì)由于沿程阻力和局部阻力的作用,壓降約為1.8bar。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464.172
【部分圖文】：

圖 1-1 管翅式換熱器剖面圖Fig.1-1 Sectional view of fin-and-tube evaporator華中科技大學(xué)張利[47]等建立了橢圓管橢圓翅片的三維模型，通過 Fluent 軟件對(duì)橢圓管橢圓翅片的三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬，改變翅片間距和迎面風(fēng)速，得到流動(dòng)和換熱性能的變化情況。結(jié)果表明：橢圓管橢圓翅片的表面換熱系數(shù)與圓管圓形翅片相比沒有明顯差別，但是流動(dòng)阻力減小較為明顯，適當(dāng)增加迎風(fēng)側(cè)換熱面積有利于強(qiáng)化換熱。華南理工大學(xué)王巧麗[48]等建立了翅片管殼側(cè)的三維模型，并通過 Fluent 模擬了燃?xì)忮仩t煙氣在翅片管殼側(cè)的流動(dòng)和換熱情況，得到了燃?xì)忮仩t煙氣在殼側(cè)的速度場、溫度場和壓力場等。結(jié)果表明，平均換熱系數(shù)隨著煙氣進(jìn)口速度的增加而增大，換熱效果得到改善，但是流動(dòng)阻力也升高，因此進(jìn)出口壓降也呈現(xiàn)遞增趨勢；與翅片高度相比，翅片間距對(duì)換熱的影響較大，翅片管的換熱性能隨著翅片間距的增加而逐漸減弱，但阻力系數(shù)也隨之減小。同濟(jì)大學(xué)趙蘭萍[49]等研究了管間距對(duì)橢圓翅片管換熱器流動(dòng)和換熱的影響。結(jié)果表明，與縱向管間距相比，橫向管間距對(duì)流動(dòng)和換熱影響較大，在相同壓降

圖 2-1 車用柴油機(jī)-有機(jī)朗肯循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng)余熱回收原理圖Fig. 2-1. Schematic of the vehicle diesel engine-ORC combined system圖 2-2 溫熵圖Fig. 2-2. T-s diagram of the ORC system 工質(zhì)選擇

-15-圖 2-2 溫熵圖Fig. 2-2. T-s diagram of the ORC system 工質(zhì)選擇選擇性能優(yōu)異的有機(jī)工質(zhì)是提升有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)回收效率的重要機(jī)工質(zhì)的選取方面主要考慮以下因素：1、環(huán)保性能臭氧層衰減指數(shù)(Ozone Depletion Potential,ODP)，用于表征氣體散發(fā)中對(duì)臭氧層造成破壞的程度，以有機(jī)工質(zhì) R11 作為標(biāo)準(zhǔn)，故 R11 的 O 1，其它有機(jī)工質(zhì)的 ODP 值均為以 R11 為基準(zhǔn)的相對(duì)值。全球變暖潛能值(GlobalWarmingPotential,GWP)，用于表征在一定的，被考察的氣體對(duì)大氣的綜合影響和吸收紅外輻射的能力，也就是該

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 江厚月;;ORC發(fā)電技術(shù)與電爐煉鋼工藝相結(jié)合的余熱利用研究[J];現(xiàn)代冶金;2016年06期

2 張淑榮;孫業(yè)山;王明濤;夏利江;劉啟一;;海洋溫差能ORC系統(tǒng)多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化研究[J];可再生能源;2017年04期

3 莫東鳴;李曉平;王曉瓊;李友榮;;回收煙氣余熱亞臨界ORC系統(tǒng)投資回收年限估計(jì)[J];工業(yè)加熱;2015年05期

4 孫萬敏;劉娟芳;陳清華;朱桂同;;基于電氣體發(fā)電的ORC系統(tǒng)熱力學(xué)分析[J];熱能動(dòng)力工程;2014年04期

5 李金平;連小龍;劉曄;;微燃機(jī)沼氣發(fā)電與ORC組成的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)研究[J];甘肅科學(xué)學(xué)報(bào);2015年03期

6 馬莉;;“ORC”商標(biāo)指定使用商品類似的判定[J];中華商標(biāo);2016年12期

7 薛麗萍;張兆慶;;ORC的代碼生成的關(guān)鍵技術(shù)[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2004年08期

8 付保榮;梅映新;李志;林紅良;段錢勝;劉劍劍;祝廣場;;基于遺傳算法的熱水ORC發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程;2015年09期

9 舒歌群;高媛媛;田華;;基于分析的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱ORC混合工質(zhì)性能分析[J];天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版);2014年03期

10 趙志多;徐衍亮;周廣旭;蔣文堅(jiān);;基于ORC中發(fā)電機(jī)逆變系統(tǒng)的研究[J];微電機(jī);2017年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 劉強(qiáng);尚琳琳;段遠(yuǎn)源;;冷卻水溫度對(duì)地?zé)嵩碠RC熱力性能的影響[A];高等教育學(xué)會(huì)工程熱物理專業(yè)委員會(huì)第二十一屆全國學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——工程熱力學(xué)專輯[C];2015年

2 王憧華;;低溫余熱驅(qū)動(dòng)ORC發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性數(shù)值仿真[A];高等學(xué)校工程熱物理第二十屆全國學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——工程熱力學(xué)專輯[C];2014年

3 韋偉;劉杰;陳江平;;采用蝸旋式膨脹機(jī)的小型ORC系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究[A];上海市制冷學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

4 董軍啟;王建長;王斌;張榮有;;車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收的ORC系統(tǒng)特性分析[A];內(nèi)燃機(jī)科技（企業(yè)篇）——中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)第六屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

5 Kai Yang;Hongguang Zhang;;Performance Analysis of the Organic Rankine Cycle (ORC) System under Engine Various Operating Conditions[A];Journal of Clean Energy Technologies Vol.3 No.5[C];2015年

6 龐亞虎;;稀土行業(yè)的隧道窯低品位余熱ORC透平發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究[A];中國稀土學(xué)會(huì)2017學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集[C];2017年

7 張密;諸凱;張艷;李連濤;;中低溫?zé)嵩碠RC發(fā)電系統(tǒng)的仿真計(jì)算研究[A];高等學(xué)校工程熱物理第二十屆全國學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——工程熱力學(xué)專輯[C];2014年

8 梁瑩;管延文;蔡磊;劉文斌;向艷蕾;韓逸驍;;利用LNG冷能與Brayton循環(huán)及ORC聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)模擬研究[A];2017中國燃?xì)膺\(yùn)營與安全研討會(huì)論文集[C];2017年

9 賀超;劉朝;張全國;焦有宙;李剛;張寰;;亞臨界ORC系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化[A];高等教育學(xué)會(huì)工程熱物理專業(yè)委員會(huì)第二十一屆全國學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——工程熱力學(xué)專輯[C];2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 陳蓉;ORC生物質(zhì)成型燃料鏈條爐燃燒及系統(tǒng)性能研究[D];昆明理工大學(xué);2014年

2 黃峻偉;ORC直接接觸式蒸汽發(fā)生器的傳熱性能及其優(yōu)化研究[D];昆明理工大學(xué);2013年

3 于超;ORC與非恒溫?zé)嵩磽Q熱匹配對(duì)工質(zhì)篩選及系統(tǒng)性能的影響[D];華北電力大學(xué)(北京);2017年

4 游珍;建模語言O(shè)rc在PAR平臺(tái)中的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)理論研究[D];武漢大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 秦金龍;基于ORC的內(nèi)燃機(jī)余熱回收工質(zhì)選擇及參數(shù)匹配[D];重慶理工大學(xué);2019年

2 劉宏達(dá);車用柴油機(jī)-ORC聯(lián)合系統(tǒng)中管翅式蒸發(fā)器的理論計(jì)算和數(shù)值模擬研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2018年

3 楊益;ORC余熱利用過程過熱度控制[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

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

5 胡子慧;ORC余熱利用過程優(yōu)化控制[D];華北電力大學(xué);2015年

6 余柄憲;考慮環(huán)境影響的低溫余熱ORC系統(tǒng)優(yōu)化研究[D];重慶大學(xué);2015年

7 劉濤;原位注熱開采油頁巖低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電系統(tǒng)[D];太原理工大學(xué);2012年

8 苑善通;低溫地?zé)崮躉RC發(fā)電系統(tǒng)渦輪膨脹機(jī)流場模擬研究[D];青島科技大學(xué);2016年

9 李明輝;ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的能效分析[D];鄭州大學(xué);2015年

10 李春春;回收低溫?zé)煔庥酂岬膩喤R界有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）系統(tǒng)多參數(shù)同步優(yōu)化[D];重慶大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2811242