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基于S-CO2布雷顿循环的船舶柴油机余热利用系统交互影响研究
| 论文题名： | 基于S-CO2布雷顿循环的船舶柴油机余热利用系统交互影响研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;余热利用;回热式S-CO2布雷顿循环;交互性影响 |
| 摘要： | 随着全球经济的发展，航运业的重要性日益提升，船舶的排放问题也逐渐引起广泛重视。在此背景下，国际海事组织推出严格的法规来限制船舶排放，余热利用技术作为实现船舶节能减排的重要途径已成为研究热点。超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环发电系统具有体积小、能量密度高和效率高等特点，在核/火电站、太阳能光热发电、工业余热利用以及地热利用等领域具有显著的技术优势，也是解决船舶主机烟气余热利用的重要技术途径之一。然而，采用S-CO2布雷顿循环发电系统对船舶柴油机烟气余热进行转换利用的同时，也将由于能量交互作用对两者自身的热-机、热-电转换及运行特性产生显著影响。 本文采用系统联合建模仿真分析的方法，分层级建立柴油机与烟气换热器、S-CO2布雷顿循环系统的联合仿真模型，进而分别从稳态和动态运行过程的角度分析了柴油机变负荷工况和废气旁通阀调控情况下交互影响特性，可为面向船舶柴油机余热利用的S-CO2布雷顿循环发电系统设计与实船应用提供理论指导和数据支撑。论文主要研究结论如下： （1）在GT-Power仿真软件中分别建立了10S90ME-C9.2型船用二冲程低速柴油机和S-CO2布雷顿循环系统仿真模型，通过对比仿真模型计算结果与主机台架试验数据和已标定设计点工况参数之间的差异性，验证了模型的准确性； （2）在系统稳态交互影响规律方面：废气旁通阀开度保持不变，随柴油机负荷减小布雷顿循环的输出功率降低，循环效率减小。柴油机负荷保持不变，随废气旁通阀开度增大，换热器功率增大，柴油机功率减小；布雷顿循环的输出功率增大，效率上升。其中烟气取用量19.506kg/s时，柴油机功率比额定功率降低了4239kW，降低约7.1%； （3）在系统动态交互影响特性方面：废气旁通阀开度保持不变，柴油机负荷突然降低时，换热器的功率先降低后增高，且负荷变化越慢，功率波动的幅值越小；柴油机负荷突然降低时，布雷顿循环的输出功率降低，柴油机系统稳定后，循环输出功率开始回升并在小范围内波动，约4000s后趋于稳定。柴油机负荷保持不变，废气旁通阀开度突然减小时，柴油机的功率先降低后升高，旁通阀开度变化越慢，柴油机功率与烟气温度波动幅度越小。 |
| 作者： | 潘云峰 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 孙玉伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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