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蓄能型车载有机朗肯循环系统动态性能分析
| 论文题名： | 蓄能型车载有机朗肯循环系统动态性能分析 |
| 关键词： | 车载有机朗肯循环系统;动态仿真;稳态模型;热源波动 |
| 摘要： | 车用内燃机节能潜力随技术进步逐渐减小，基于有机朗肯循环（ORC）的车用内燃机余热回收是近年来提高车载能源系统效率的有效途径之一。本文针对车载有机朗肯循环系统，展开了如下工作。 首先，基于一台四缸柴油机尾气参数，分析了尾气温度、流量和柴油机转速、扭矩之间的关联关系。利用 Matlab建立了有机朗肯循环稳态模型，以尾气参数作为热源对不同工况下有机朗肯循环系统蒸发器出口温度、输出功、排气?进行了分析。结果表明，不同行车工况下热源参数波动明显，造成有机朗肯循环系统性能不稳定。在转速为1200~2200RPM、扭矩200~1300Nm范围内，尾气温度范围为473~858K，流量范围为0.12~0.469kg/s。蒸发器出口温度范围为154~543℃，净循环功2.7~21.2kW、排气?10.8~95.6kW。 其次，针对稳态模型在动态工况条件下的不适用问题建立了车载有机朗肯循环系统动态模型，将热源波动分解为六种模式，以其为输入量导入模型分别进行了模拟。针对模拟结果，分析了温度、流量的阶跃时间、阶跃变化量和阶跃起始值和系统稳定时间的关系。系统稳定时间与温度、流量阶跃时间呈线性相关，与阶跃起始量、阶跃变化值呈二次函数关系。 再次，针对热源波动，提出了一种满液型蓄能蒸发器作为蓄热系统，建立了其充放热动态模型。基于模拟结果，分析了其充热过程的动态行为特性，讨论了蒸发器设定背压、初始气液比和出口半径对放热过程工质释放特性的影响，并通过优化提出了该蒸发器的设计参数。 最后，将满液型蓄能蒸发器整合到车载有机朗肯循环系统中，对比分析了急停车、不同时长减速和减加速组合几种典型行车过程条件下，蓄热系统对车载有机朗肯循环系统性能的影响，得出以下结论：蓄热系统对于削弱尾气温度、流量波动对于膨胀机入口温度的影响作用明显。有蓄热系统时，膨胀机入口温度变化均小于51℃，比无蓄热系统时温度变化减小了162℃；对于提高有机朗肯循环系统的输出总功较为有效，须要在一定时间内及时完成蓄热运行模式和常规运行模式的切换；对于维持膨胀机入口处工质干度为1，保护膨胀机免受液击较为有效。 |
| 作者： | 黄炜 |
| 专业： | 热能工程 |
| 导师： | 赵力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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