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基于ORC的船用柴油机低品位余热利用方案设计与优化研究
| 论文题名： | 基于ORC的船用柴油机低品位余热利用方案设计与优化研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;低品位余热利用;非共沸循环工质;有机朗肯循环;多目标优化 |
| 摘要： | 日益严峻的能源短缺和环境污染问题严重制约了人类社会的可持续发展，提高能源利用效率和降低排放已成为我国迫切需要解决的问题。内燃机作为工业生产和交通运输中应用最广泛的机械，消耗的化石燃料和燃料燃烧不充分排出的有害气体占了我国能源消耗和环境排放的很大比重。因此，使用内燃机余热回收技术提高内燃机对燃料的利用率，是节约能源消耗和减少排放的重要手段。鉴于当前研究存在低温余热利用的领域的研究不够全面，缺乏余热回收装置的环境影响的评估，较少利用内燃机内部除排气外的其他余热源等问题，本文将以余热源温度低于300℃的大型二冲程船舶柴油机为研究对象，开展内燃机余热回收系统的研究。 为了建立性能优异的内燃机余热回收系统，本文首先分析了船舶柴油机内的余热能分布情况，探究了发动机内部各余热源的能流和?流，并确定了排气的主要成分和酸露点温度，为后续研究提供数据基础。其次，建立回收低温余热效果最佳的有机朗肯循环的数学模型，并采用热力性、经济性和环境性三种指标综合评价余热回收系统。通过对不同循环布局方式、不同循环工质的性能进行对比研究，找出最合适的循环布局和工质。在确定了布局方式和循环工质后，使用灵敏度分析找出影响余热回收系统性能的主要参数，并使用多目标优化算法进行优化设计。最后，在前述研究分析的基础上，使用非共沸循环工质对的有机朗肯循环与其他低温余热利用技术结合，提出了一种新型的多热源余热回收系统，并对系统参数进行优化。 研究结果表明，在热源温度为260℃以下时使用高低压有机朗肯循环布局的性能最佳。使用纯工质时环戊烷为综合性能评分最高的工质，而使用混合工质时，碳酸二甲酯与R245fa的混合工质对为综合性能评分最佳的工质对。比起未使用余热回收系统的发动机，使用新型多热源余热回收系统的发动机的热效率在70%负荷下提高约4.2%。比起仅使用单一的高低压有机朗肯循环回收余热，新型多热源余热回收系统的净输出功增加了约8%，?效率提高约5.7%，单位净功的环境影响率降低约5.8%。 |
| 作者： | 黄桂聪 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 欧阳天成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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