本文關(guān)鍵詞：可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著能源消費(fèi)模式由煤炭向石油的轉(zhuǎn)變，人類社會對石油能源依賴程度與消耗需求逐日增加。其中，作為工業(yè)發(fā)展重要支撐的汽車工業(yè)，對石油能源依賴更為嚴(yán)重，中國作為汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國，汽車對石油能源巨大消耗或?qū)⒊蔀橹萍s我國經(jīng)濟(jì)社會、汽車工業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，對汽車尾氣余能的回收利用技術(shù)可提升車用燃油的有效利用率，因其節(jié)能特點(diǎn)已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。 根據(jù)上述情況，本文對比分析了國內(nèi)外主流尾氣余能利用技術(shù)，提出了可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統(tǒng)。提出了以可變膨脹比功能為核心、旨在充分利用工質(zhì)汽化潛熱的技術(shù)路線，明確了以自由活塞式膨脹機(jī)(FPE)和可變膨脹比的葉片式氣動馬達(dá)(VEPME)為研究重點(diǎn)的柴油機(jī)尾氣余能利用方案的整體技術(shù)構(gòu)架，本文首先對典型有機(jī)朗肯循環(huán)熱力過程及關(guān)鍵敏感因素進(jìn)行分析，進(jìn)而對可實(shí)現(xiàn)變膨脹比功能的兩膨脹機(jī)各自的運(yùn)行原理進(jìn)行詳盡介紹，先后構(gòu)建了試驗(yàn)臺架及結(jié)合兩膨脹機(jī)的有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC-FPE與ORC-VEPME）的仿真模型，對兩系統(tǒng)展開研究與評價。 ORC-FPE系統(tǒng)的研究與評價，前期以試驗(yàn)手段完成了系統(tǒng)可行性評價，并通過仿真手段對不同輸出方式下的ORC-FPE系統(tǒng)的影響因素及回收效能進(jìn)行探究： （1）ORC-FPE相似系統(tǒng)試驗(yàn)評價：搭建了完整的ORC-FPE相似系統(tǒng)，以變頻工質(zhì)泵改變工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)的壓力，實(shí)驗(yàn)探究ORC-FPE相似系統(tǒng)在不同工質(zhì)壓力下的功量轉(zhuǎn)化效率、蒸發(fā)器換熱效率及系統(tǒng)整體效率；試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳系統(tǒng)性能在工質(zhì)壓力為0.6MPa附近取得，分別為蒸發(fā)器換熱效率最大值為62%左右、功量最大轉(zhuǎn)化效率可達(dá)12%左右、最高的整體效率可達(dá)6.5%左右。 （2）輔助壓氣ORC-FPE系統(tǒng)仿真研究與評價：首先構(gòu)建基于GT-suite的輔助壓氣ORC-FPE系統(tǒng)的一維仿真模型，并從能量平衡及模型性能曲線兩方面驗(yàn)證了模型的合理性；不同及輸出壓力下ORC-FPE系統(tǒng)性能評價與分析表明，在值為2.5時，系統(tǒng)呈現(xiàn)最佳性能，其中，,為50.7%、,為23.7%，在11-14bar目標(biāo)輸出壓力范圍內(nèi)，11bar時系統(tǒng)性能最優(yōu)，其中,為53.2%，,為26.5%；對不同熱力狀態(tài)及輸入功率下ORC-FPE系統(tǒng)性能進(jìn)行了評價與分析：最佳性能為為42.8%、為648.9mg/KJ，于高溫高壓工質(zhì)壓力為11.5bar、溫度為383K、為1.2s/cycle、為332g/cycle下取得，折算到實(shí)際應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)9.04L/s輸出能力。 （3）輔助做功ORC-FPE系統(tǒng)仿真研究與評價：構(gòu)建基于GT-suite的輔助做功ORC-FPE系統(tǒng)一維仿真模型并從運(yùn)行狀況的性能曲線角度驗(yàn)證了構(gòu)建模型的可用性；不同動力活塞與動力缸壁間隙下的系統(tǒng)性能表明，當(dāng)間隙為0.3mm，與無間隙的初始狀態(tài)相比，在相同阻尼系數(shù)的前提下?lián)p失為9.5%，但理論上存在間隙就會消除20%左右的摩擦損失，綜合作用系統(tǒng)輸出凈功增加10%左右。因此，當(dāng)間隙不大于0.3mm時均可提升系統(tǒng)輸出性能。 ORC-VEPME系統(tǒng)的研究與評價，，通過仿真與試驗(yàn)結(jié)合的手段，對ORC-VEPME可變膨脹比實(shí)現(xiàn)效果及影響因素進(jìn)行探究： （1）ORC-VEPME系統(tǒng)仿真研究與評價：構(gòu)建了ORC-VEPME系統(tǒng)仿真模型，并從氣動馬達(dá)運(yùn)行曲線及PID控制曲線兩方面驗(yàn)證了模型的可用性；不同熱力狀態(tài)下系統(tǒng)性能評價與分析表明，從提升做功能力角度，提升工質(zhì)溫度、壓力有利于系統(tǒng)性能輸出；不同噴射角度及余隙容積下系統(tǒng)性能評價與分析表明，最佳噴射角度位于上止點(diǎn)后30度，且最佳余隙容積為0.03L。 （2）可變膨脹比氣動馬達(dá)特性試驗(yàn)研究：依據(jù)專利設(shè)計(jì)加工了可變膨脹比葉片式氣動馬達(dá)實(shí)物，并搭建了VEPME特性試驗(yàn)臺架，以壓縮空氣為工質(zhì)，探究了不同膨脹比、工作壓力下馬達(dá)的性能表現(xiàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證了該馬達(dá)具備可變膨脹比功能。 （3）ORC-VEPME系統(tǒng)試驗(yàn)評價：以仿真數(shù)據(jù)為參考，選配ORC循環(huán)主要部件，搭建了完整的ORC-VEPME相似系統(tǒng)試驗(yàn)臺架，進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)，不斷根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象及問題修正試驗(yàn)方案，為后續(xù)試驗(yàn)探究奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：朗肯循環(huán) 可變膨脹比式膨脹機(jī) 余能回收 GT-suite
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U464.134.4;TK115
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-23
• 1.2.1 發(fā)動機(jī)尾氣余熱利用15-17
• 1.2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)余熱回收車企應(yīng)用實(shí)例17-19
• 1.2.3 有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)的選擇19-20
• 1.2.4 有機(jī)朗肯循環(huán)膨脹機(jī)的選擇20-23
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容23-25
• 第2章 可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統(tǒng)介紹25-37
• 2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)的介紹25-30
• 2.1.1 有機(jī)朗肯循環(huán)熱力過程分析26-28
• 2.1.2 有機(jī)朗肯循環(huán)敏感因素分析28-30
• 2.2 可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統(tǒng)運(yùn)行原理30-35
• 2.2.1 可變膨脹比朗肯循環(huán)余能回收系統(tǒng)概念提出30-31
• 2.2.2 ORC-FPE 系統(tǒng)運(yùn)行原理31-33
• 2.2.3 ORC-VEPME 系統(tǒng)運(yùn)行原理33-35
• 2.3 本章小結(jié)35-37
• 第3章 ORC-FPE 系統(tǒng)的研究與評價37-69
• 3.1 ORC-FPE 相似系統(tǒng)試驗(yàn)評價37-39
• 3.2 輔助壓氣 ORC-FPE 系統(tǒng)仿真研究與評價39-60
• 3.2.1 輔助壓氣 ORC-FPE 系統(tǒng)仿真模型可用性分析41-45
• 3.2.2 不同及輸出壓力下系統(tǒng)性能評價與分析45-52
• 3.2.3 不同熱力狀態(tài)及輸入功率下系統(tǒng)性能評價與分析52-60
• 3.3 輔助做功 ORC-FPE 系統(tǒng)仿真研究與評價60-66
• 3.3.1 輔助做功 ORC-FPE 系統(tǒng)仿真模型可用性分析62-63
• 3.3.2 不同間隙狀態(tài)系統(tǒng)性能評價與分析63-66
• 3.4 本章小結(jié)66-69
• 第4章 ORC-VEPME 系統(tǒng)的研究與評價69-93
• 4.1 ORC-VEPME 系統(tǒng)仿真研究與評價69-80
• 4.1.1 ORC-VEPME 系統(tǒng)仿真模型可用性分析70-72
• 4.1.2 不同熱力狀態(tài)下系統(tǒng)性能評價與分析72-76
• 4.1.3 不同噴射角度及余隙容積下系統(tǒng)性能評價與分析76-80
• 4.2 可變膨脹比氣動馬達(dá)特性試驗(yàn)研究80-85
• 4.2.1 VEPME 特性試驗(yàn)臺架構(gòu)建81-82
• 4.2.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析82-85
• 4.3 ORC-VEPME 系統(tǒng)試驗(yàn)研究85-89
• 4.3.1 ORC-VEPME 臺架構(gòu)建85-87
• 4.3.2 ORC-VEPME 試驗(yàn)結(jié)果分析87-89
• 4.4 本章小結(jié)89-93
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望93-97
• 5.1 全文總結(jié)93-95
• 5.2 工作展望95-97
• 參考文獻(xiàn)97-103
• 作者簡介及科研成果103-105
• 致謝105

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：984848