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基于朗肯循环的内燃机废气能量回收试验系统开发

作　者: 秦浩
导　师: 高文志
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 内燃机 排气能量 朗肯循环 废热回收
分类号: TK427
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 141次
引　用: 1次
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内容摘要


汽车保有量的不断增加造成对石油资源的巨大消耗,在新能源汽车代替传统内燃机作为动力的汽车之前,提高内燃机的效率是减少石油消耗、缓解能源危机的重要途径。缸内燃烧技术日益完善,很多科学家已经开始研究回收内燃机废气能量,这部分能量约占燃料燃烧放出热量的三分之一。利用朗肯循环回收废气能量是一种比较有效的途径。国外一些公司和研究机构已经进行过相关的试验,国内在这方面还处于理论研究阶段。本文在一台柴油机的基础上开发了基于朗肯循环的废气能量回收试验系统。首先,研究朗肯循环的原理和工作过程,推导出内燃机-汽轮机联合循环的计算公式,得出联合循环效率的决定因素。使用GT-POWER软件建立了试验用内燃机的工作过程仿真模型,经实验验证,该模型具有足够的准确性,在此基础上研究了排气背压的上升对内燃机性能的影响,以指导换热器设计。由热力学知识分析朗肯循环的参数对其效率的影响,根据试验用内燃机排气的温度和流量参数和现有的试验条件,选定试验用工质为水,并确定了朗肯循环的主要参数。由产汽量和换热面积的关系确定了废气在换热器出口的温度,从而确定了蒸汽流量。根据蒸发器设计的约束条件确定了合理的设计步骤,并设计出预热器以及蒸发和过热器。为指导内燃机工况变化时的废气能量回收试验,研究了换热器性能随废气温度和流量参数变化规律,并用MATLAB程序计算出各种废气温度和流量下的产汽量。选用合适的试验设备,构建基于朗肯循环的内燃机废气能量回收试验系统。通过压力试验证明了该试验系统的安全性。试验证明换热器能达到设计的产汽能力,汽轮机能够正常启动,说明该试验系统开发是基本成功的。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-16
  1.1 前言  7-8
  1.2 内燃机废气能量回收的潜力  8-9
  1.3 内燃机废气能量回收的特点和关键技术  9-10
  1.4 国内外对内燃机废气能量回收的研究状况  10-14
    1.4.1 国外的研究状况  10-14
    1.4.2 国内的研究状况  14
  1.5 本文研究的主要内容  14-16
第二章 内燃机废热回收系统的原理和计算方法  16-33
  2.1 系统的构成和工作过程简介  16
  2.2 朗肯循环原理与计算方法  16-19
    2.2.1 朗肯循环的构成与原理  16-18
    2.2.2 朗肯循环的计算方法  18-19
  2.3 内燃机—汽轮机联合循环的热平衡  19-21
  2.4 内燃机排气背压对排温和功率的影响分析  21-28
    2.4.1 内燃机仿真软件简介  21-22
    2.4.2 内燃机仿真的数学模型  22-24
    2.4.3 试验用内燃机仿真模型的建立  24-26
    2.4.4 仿真模型参数设置  26-27
    2.4.5 模型验证  27-28
    2.4.6 内燃机功率和排温随排气背压的变化  28
  2.5 朗肯循环的设计  28-32
    2.5.1 朗肯循环工质的选择  28-29
    2.5.2 废热回收试验系统主要工作参数的确定  29-32
    2.5.3 汽轮机的变工况与废气能量回收装置的调节  32
  2.6 本章小结  32-33
第三章 蒸发器设计  33-52
  3.1 余热回收热交换器简介  33
  3.2 蒸发器设计的约束条件  33-35
    3.2.1 废气出口温差的选择  34-35
    3.2.2 废气可用能量  35
  3.3 换热器设计  35-50
    3.3.1 换热器的选型与设计思路  37-38
    3.3.2 换热器传热与结构计算  38-50
  3.4 本章小结  50-52
第四章 换热器的变工况特性  52-61
  4.1 预热段管程换热系数随水流量变化  52-54
  4.2 预热段壳侧换热系数随流量和温度变化  54-55
  4.3 蒸发段和过热段管程换热系数随水流量变化  55-56
  4.4 蒸发和过热段壳程换热系数随废气流量和温度变化  56-58
  4.5 蒸发器水流量预测  58-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章 试验系统的建立和性能测试  61-68
  5.1 仪器设备选型与介绍  62-66
    5.1.1 泵的选型和特点  62
    5.1.2 汽轮机  62-63
    5.1.3 水流量计  63-64
    5.1.4 其它试验设备  64-66
  5.2 试验系统的测试  66-67
    5.2.1 耐压试验、密封性试验和自动保护试验  66
    5.2.2 换热器性能测试  66-67
    5.2.3 汽轮机启动试验  67
  5.3 本章小结  67-68
第六章 总结和展望  68-70
  6.1 全文总结  68-69
  6.2 工作展望  69-70
参考文献  70-72
发表论文和参加科研情况说明  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 运行、试验
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