【摘要】：內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒所放出的能量?jī)H有三分之一左右被有效利用,其它能量通過廢氣、冷卻水等散發(fā)掉。采用朗肯循環(huán)回收內(nèi)燃機(jī)廢氣熱量,能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效輸出功率,同時(shí)降低燃料消耗和CO2排放。本文從能量平衡的角度分析了發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分布,分析對(duì)比了各部分能量的可用能。 提出使用廢熱回收系統(tǒng)總效率估算廢熱回收系統(tǒng)將廢氣能量轉(zhuǎn)化為輸出功能力的方法。分析了膨脹機(jī)進(jìn)口溫度、蒸發(fā)壓力、冷凝溫度等參數(shù)對(duì)使用不同工質(zhì)的廢熱回收系統(tǒng)總效率的影響規(guī)律。結(jié)果表明,水作為工質(zhì),過熱溫度越高系統(tǒng)效率越高,干式工質(zhì)則相反;存在一個(gè)最佳蒸發(fā)壓力使廢熱回收總效率達(dá)到最大;水作為工質(zhì)適用于廢氣溫度較高的系統(tǒng),而有機(jī)工質(zhì)在廢氣溫度較低時(shí)更有優(yōu)勢(shì)。 根據(jù)某一發(fā)動(dòng)機(jī)工況,設(shè)計(jì)了廢熱回收系統(tǒng)的加熱器和冷凝器,通過建立換熱器的計(jì)算模型,分析了工質(zhì)流量對(duì)換熱器換熱性能的影響規(guī)律。隨工質(zhì)流量的增大,廢熱回收總效率先增大后減小,存在最佳工質(zhì)流量使廢熱回收系統(tǒng)總效率達(dá)到最大。 利用能量守恒方程、連續(xù)性方程、氣體流動(dòng)方程及傳熱方程,建立了活塞式膨脹機(jī)的Matlab/Simulink計(jì)算模型,計(jì)算分析了不同設(shè)計(jì)參數(shù)和工質(zhì)運(yùn)行參數(shù)對(duì)活塞式膨脹機(jī)輸出功、效率以及工質(zhì)流量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,膨脹機(jī)缸徑、行程增大會(huì)使工質(zhì)流量增大,但對(duì)膨脹機(jī)卡諾循環(huán)完成效率影響不大;工質(zhì)進(jìn)口壓力的增大也會(huì)提高工質(zhì)流量,但是會(huì)減小膨脹機(jī)卡諾循環(huán)完成效率;工質(zhì)進(jìn)口溫度的增大會(huì)減小工質(zhì)流量,同時(shí)提高膨脹機(jī)的卡諾循環(huán)完成效率;配氣相位中,進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻對(duì)膨脹機(jī)的熱力循環(huán)影響最大,進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻越晚,工質(zhì)的流量越大,膨脹機(jī)的卡諾循環(huán)完成效率越小。進(jìn)氣門開啟角度應(yīng)在-10~-20之間為宜,排氣門開啟角對(duì)膨脹機(jī)熱力循環(huán)影響不大,排氣門關(guān)閉時(shí)刻與進(jìn)氣門的開啟時(shí)刻接近或相同較為合適。以上結(jié)論為膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。 針對(duì)某一發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況,使用所建立的換熱器和活塞式膨脹機(jī)模型進(jìn)行仿真計(jì)算,優(yōu)化了膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)及工質(zhì)工作參數(shù)(蒸發(fā)壓力和流量等)。同時(shí),研究了當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)效率的變化規(guī)律。研究表明,在設(shè)計(jì)工況下,廢熱回收系統(tǒng)輸出功最大,當(dāng)偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)廢熱回收系統(tǒng)輸出功下降較快。但排氣可用能的利用率保持在20%到30%之間。 使用GT-POWER軟件模擬分析了發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收系統(tǒng)對(duì)輸出功率的影響規(guī)律。得出廢熱回收系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身效率的影響很小,而且能使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的總功率輸出提高5%~12%的結(jié)論。 建立了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量回收試驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了性能試驗(yàn),驗(yàn)證了理論分析模型與分析結(jié)論,發(fā)現(xiàn)了所建試驗(yàn)系統(tǒng)存在的問題,并提出進(jìn)一步改進(jìn)方向。為廢熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。
【圖文】：

第一章 緒論- 4 -圖1-1 水-溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)吸收式制冷系統(tǒng)相對(duì)吸附式制冷系統(tǒng)有較大的能效比（COP），但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、造價(jià)高，而且發(fā)生器、冷凝器、吸收器和蒸發(fā)器需要自由水平面，因此不太適用于經(jīng)常處于顛簸、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的汽車。某些固態(tài)物質(zhì)在一定溫度和壓力下能吸附某種氣體或者水蒸汽，在另一種溫度和壓力下又能把它釋放出來，釋放和吸附的過程伴隨著吸放熱，，利用這一特性實(shí)現(xiàn)的制冷系統(tǒng)稱為吸附式制冷系統(tǒng)[11,13,22~24]。吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源可以使用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的熱量，也可以使用廢氣熱量。如果使用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源，由于水與吸附床的換熱效率高于吸附質(zhì)氣體與吸附床的換熱效率

28,29]。其工作循環(huán)如圖1-2示：被加熱器1加熱的高溫高壓工作蒸汽，通過噴管2時(shí)進(jìn)行絕熱膨脹，形成一股低壓、高速的氣流，將蒸發(fā)器3內(nèi)的低壓氣態(tài)制冷劑抽吸到噴射器2內(nèi)，并與之混合，混合后的工作蒸汽在擴(kuò)壓器內(nèi)增壓后進(jìn)入冷凝器4，被冷卻介質(zhì)冷凝成液體；然后，部分凝結(jié)液作為制冷劑，通過節(jié)流閥5降壓降溫，在蒸發(fā)器3中吸熱氣化成為低溫低壓蒸汽；另一部分則通過循環(huán)泵6被提高壓力后送回加熱器，用作工作蒸汽。噴射式制冷系統(tǒng)除了循環(huán)泵外沒有其它的運(yùn)動(dòng)部件，而且制冷系統(tǒng)中的工作蒸汽與制冷劑是同一種物質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK401;X706

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687966