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基于柴油机排气余热大温差回收的多技术联合循环研究
| 论文题名： | 基于柴油机排气余热大温差回收的多技术联合循环研究 |
| 关键词： | 汽车柴油机;余热回收;联合循环;温差发电 |
| 摘要： | 目前节能减排已引起广泛重视，内燃机作为主要的动力机械，在全球石油消耗中所占比重极大。与此同时，内燃机中燃料完全燃烧所释放的能量中有很大一部分以排气的形式(约占燃料燃烧能量的1/3左右)直接耗散到了外界环境中，未被有效利用。此部分能量的充分回收，能显著提高内燃机效率，缓解能源短缺、环境污染的难题。 对于余热回收技术而言，有机朗肯循环(ORC)以其热效率和安全性较高、维修方便等优点而成为一大研究热点。但有机朗肯循环中的有机工质在较高温度下易分解，使其应用受到很大的制约，存在着与内燃机高温排气余热不相适应的问题。基于此，本文提出了适用于高温余热回收的技术手段与有机朗肯循环相结合的联合系统，亦即蒸汽朗肯-有机朗肯的双级朗肯联合循环(DORC)、布雷顿-有机朗肯联合循环(BC-ORC)以及温差发电-有机朗肯联合循环(TEG-ORC)充分回收内燃机高温排气余热。 本文以某直列6缸4冲程柴油机为研究对象，基于实验测得的多个典型工况下的余热相关数据，以输出功为目标参数，对上述三种技术方案进行了相应的参数优化，以获得最佳的运行参数。再以回收性能指标（输出功、热效率、?效率、回收效率）为主，同时兼顾其他影响系统技术经济性的指标（涡轮参数、传热能力），在内燃机的多工况下，对上述三种方案在最佳运行参数下的系统性能进行了详细的对比研究。研究发现：对于BC-ORC联合系统，就回收性能而言，CO2布雷顿循环远优于常规空气布雷顿循环。三种技术方案中，双级朗肯循环的回收性能最好，其在额定工况下可取得32.63kW的输出功，相应的热效率可达26.55％，但其涡轮尺寸参数和传热能力（传热系数与传热面积之积）也较大。TEG-ORC联合循环在三个方案中，结构较为简单，更适用于内燃机排气温度相对较低的低负荷工况。 针对双级朗肯循环结构的进一步优化证明：由于温差发电模块自身转换效率较低，且模块数目的增加使得高温级朗肯循环做功能力显著下降，温差发电的植入并不能如预期的提高双级朗肯循环的系统性能。 本文建立了以有机朗肯循环为底循环，余热回收顶循环采用不同技术的多种联合循环系统，并进行了详细的对比分析，探索最适宜内燃机大温差余热回收的技术方案，同时也对系统提出了进一步的改进方向。研究结果表明，采用基于朗肯循环的联合系统是充分利用内燃机大温差余热，实现节能减排的重要技术手段。 |
| 作者： | 张承宇 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 舒歌群 |
| 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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