本文關鍵詞：基于內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)熱力性能分析

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【摘要】：現(xiàn)有常規(guī)內燃機車的熱功轉換效率為30%-40%,其余主要以廢熱形式排至環(huán)境,而冷卻液廢熱占20%-30%,排氣廢熱占30%-40%。利用底循環(huán)回收內燃機廢熱不僅能有效提高發(fā)動機燃料利用率,而且在相同交通能力條件下,還能減少環(huán)境污染。本文以內燃機廢熱回收為背景,同時考慮發(fā)動機變工況下廢熱特點以及不同運行工況條件下車輛能量需求,提出了三種不同形式的內燃機廢熱回收供能系統(tǒng),并分析了其節(jié)能潛力。首先,僅考慮內燃機高品位煙氣廢熱,提出了一種基于有機朗肯循環(huán)(ORC)煙氣廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)。對基于ORC煙氣廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)進行數(shù)學建模和模擬計算,分析了其最大節(jié)能潛力,并對蒸發(fā)器進行定結構尺寸設計,分析了其實際節(jié)能潛力。結果表明:發(fā)動機旋轉速度在1500-6000 r/min之間,考慮最大節(jié)能潛力,ORC底循環(huán)凈功和總體熱效率改善率最大值都出現(xiàn)在旋轉速度最大時;考慮實際節(jié)能潛力,底循環(huán)凈功最大值仍出現(xiàn)在旋轉速度最大時,但總體熱效率改善率最大值出現(xiàn)在旋轉速度為2000 r/min時。在供熱季,考慮最大節(jié)能潛力,底循環(huán)凈功和總體熱效率改善率最大值分別為6.08 kW和9.6%;考慮實際節(jié)能潛力,底循環(huán)凈功和總體熱效率改善率最大值分別為3.32 kW和8.5%。其次,同時考慮回收內燃機煙氣廢熱和冷卻液廢熱,提出了一種基于ORC內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)和一種基于Kalina循環(huán)內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng),并對其進行數(shù)學建模、模擬計算和熱力性能對比分析。結果表明:ORC底循環(huán)和Kalina底循環(huán)凈功最大值都出現(xiàn)在發(fā)動機旋轉速度最大時,但ORC底循環(huán)和Kalina底循環(huán)總體熱效率改善率最大值分別出現(xiàn)在旋轉速度為4000 r/min和3000 r/min時。在供熱季,ORC底循環(huán)凈功和總體熱效率改善率的最大值分別為10.36 kW和18.3%;Kalina底循環(huán)凈功和總體熱效率改善率的最大值分別為14.8kW和25.7%。最后,對基于ORC煙氣廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)進行關鍵參數(shù)影響分析和（火用）分析,探究ORC底循環(huán)運行中關鍵參數(shù)對系統(tǒng)熱力性能的影響以及能量在轉移、轉化過程中存在的薄弱環(huán)節(jié),為系統(tǒng)的改進提供了指導方向。
【關鍵詞】：內燃機 底循環(huán) 廢熱回收 供能系統(tǒng) 熱力性能
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 課題研究的背景及意義13-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀及分析14-20
• 1.2.1 循環(huán)工質選擇研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 廢熱回收系統(tǒng)形式研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3 本文的研究內容及組織結構20-22
• 第二章 系統(tǒng)設計及計算基礎22-31
• 2.1 現(xiàn)有的車輛供能系統(tǒng)22
• 2.2 基于ORC煙氣廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)設計22-23
• 2.3 基于底循環(huán)內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)設計23-25
• 2.3.1 基于ORC內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)方案23-24
• 2.3.2 基于Kalina循環(huán)內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)方案24-25
• 2.4 發(fā)動機熱轉功子系統(tǒng)25-28
• 2.4.1 發(fā)動機煙氣廢熱和冷卻液廢熱計算25-27
• 2.4.2 發(fā)動機參數(shù)27-28
• 2.4.3 發(fā)動機實驗數(shù)據28
• 2.5 車輛空調子系統(tǒng)冷/熱需求28-30
• 2.5.1 車輛空調子系統(tǒng)冷/熱負荷計算28-29
• 2.5.2 車輛空調子系統(tǒng)冷/熱負荷結果分析29-30
• 2.6 本章小結30-31
• 第三章 基于ORC煙氣廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)熱力性能分析31-60
• 3.1 考慮最大節(jié)能潛力的ORC煙氣廢熱回收車輛供能系統(tǒng)31-49
• 3.1.1 系統(tǒng)的數(shù)學模型31-43
• 3.1.2 系統(tǒng)的運行參數(shù)和計算結果43-49
• 3.2 考慮實際節(jié)能潛力的ORC煙氣廢熱回收車輛供能系統(tǒng)49-57
• 3.2.1 系統(tǒng)的數(shù)學模型49-52
• 3.2.2 系統(tǒng)的運行參數(shù)和計算結果52-57
• 3.3 考慮最大節(jié)能潛力和實際節(jié)能潛力的車輛供能系統(tǒng)熱力性能對比57-58
• 3.3.1 制冷季57-58
• 3.3.2 非制冷/供熱季58
• 3.3.3 供熱季58
• 3.4 本章小結58-60
• 第四章 基于底循環(huán)內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)熱力性能分析60-81
• 4.1 基于ORC內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)60-69
• 4.1.1 系統(tǒng)的數(shù)學模型60-63
• 4.1.2 系統(tǒng)的運行參數(shù)和計算結果63-69
• 4.2 基于Kalina循環(huán)內燃機廢熱回收的車輛供能系統(tǒng)69-79
• 4.2.1 系統(tǒng)的數(shù)學模型69-73
• 4.2.2 系統(tǒng)的運行參數(shù)和計算結果73-79
• 4.3 兩種基于內燃機廢熱回收車輛供能系統(tǒng)熱力性能對比79-80
• 4.3.1.制冷季79-80
• 4.3.2.非制冷/供熱季80
• 4.3.3 供熱季80
• 4.4 本章小結80-81
• 第五章 ORC關鍵參數(shù)影響分析和（火用）分析81-92
• 5.1 關鍵參數(shù)影響分析81-87
• 5.1.1 環(huán)境溫度81-82
• 5.1.2 蒸發(fā)壓力82-83
• 5.1.3 第一蒸發(fā)器熱側煙氣出口溫度83-85
• 5.1.4 透平入口有機工質過熱度85-86
• 5.1.5 透平等熵效率86-87
• 5.2 （火用）分析87-90
• 5.2.1 （火用）和（火用）損平衡方程87-88
• 5.2.2 運行參數(shù)88-89
• 5.2.3 計算結果89-90
• 5.3 本章小結90-92
• 第六章 總結與展望92-94
• 6.1 研究工作與結論92-93
• 6.2 工作展望93-94
• 參考文獻94-98
• 致謝98-99
• 攻讀碩士期間取得的成果和科研情況說明99

【參考文獻】

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本文編號：1014765