內(nèi)燃機(jī)余熱回收系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法及二級(jí)朗肯循環(huán)優(yōu)化研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文內(nèi)燃機(jī)余熱回收內(nèi)燃機(jī)余熱回收系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法及二級(jí)朗肯循環(huán)優(yōu)化研究二級(jí)朗肯循環(huán)優(yōu)化研究EvaluationMethodfEngineWasteHeatRecoverySystemOptimizationResearchofDualloopRankineCycle學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力工程研究生：霍永占指導(dǎo)教師：舒歌群教授田華副教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016年12月I摘要從內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)的熱平衡分析發(fā)現(xiàn)，燃料燃燒熱

2、量的6070%被排氣和缸套冷卻水帶走，因此將這部分熱量加以回收利用可提升內(nèi)燃機(jī)的熱效率。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)內(nèi)燃機(jī)余熱能利用技術(shù)展開(kāi)了廣泛研究，其中基于有機(jī)朗肯循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)余熱能利用技術(shù)表現(xiàn)出較大的潛力和運(yùn)用前景?？紤]到內(nèi)燃機(jī)排氣溫度較高，直接換熱易使傳統(tǒng)有機(jī)工質(zhì)發(fā)生分解，需采用高分解溫度工質(zhì)，但單級(jí)循環(huán)效率有限；缸套冷卻水和排氣溫度梯度大，大溫差熱源匹配性差，因此對(duì)雙熱源余熱利用率有限，相關(guān)學(xué)者提出了二級(jí)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。而二級(jí)朗肯循環(huán)系統(tǒng)比單級(jí)

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件多，因此傳統(tǒng)的單一熱力學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法很難對(duì)復(fù)雜熱力循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)。為了更好地評(píng)價(jià)分析復(fù)雜循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法，基于這個(gè)綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)分析二級(jí)系統(tǒng)和單級(jí)系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，并開(kāi)展二級(jí)系統(tǒng)的優(yōu)化。本文針對(duì)內(nèi)燃機(jī)余熱回收C熱力循環(huán)系統(tǒng)評(píng)價(jià)優(yōu)選的不完善性，在綜合考慮安全環(huán)?？煽啃浴崃W(xué)性能、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能減排效益這三層級(jí)屬性因素基礎(chǔ)上，提出了一種基于多級(jí)非結(jié)構(gòu)模糊決策的三層次綜合評(píng)價(jià)方法，包

4、含評(píng)價(jià)指標(biāo)模型建立、系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和方案評(píng)價(jià)決策。該綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)用于中低溫余熱回收的熱力循環(huán)系統(tǒng)具有廣泛適用性。在Matlab平臺(tái)上建立了用于回收柴油機(jī)排氣余熱的單級(jí)簡(jiǎn)單有機(jī)朗肯循環(huán)（BC）、單級(jí)回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)（RC）和二級(jí)朗肯循環(huán)（DC）模型。基于上述綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化對(duì)比分析，結(jié)果表明：DC系統(tǒng)的熱力學(xué)性能較BC和RC系統(tǒng)得到顯著提升，但考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)DC系統(tǒng)并不占優(yōu)勢(shì)。針對(duì)DC開(kāi)展了不同循環(huán)結(jié)構(gòu)（單熱源和

5、雙熱源）、不同工質(zhì)對(duì)的系統(tǒng)方案開(kāi)展了基于遺傳算法的雙目標(biāo)優(yōu)化，獲得了Pareto折衷解。從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，采用tolueneR123工質(zhì)對(duì)回收雙熱源的系統(tǒng)最優(yōu)，當(dāng)考慮不同層級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)方案優(yōu)劣排序會(huì)發(fā)生變化。以某6缸4沖程額定功率241kW柴油機(jī)排氣為目標(biāo)熱源，建立了蒸汽有機(jī)朗肯循環(huán)（RCC）二級(jí)系統(tǒng)試驗(yàn)樣機(jī)。開(kāi)展了柴油機(jī)在不同工況下二級(jí)系統(tǒng)響應(yīng)規(guī)律試驗(yàn)研究，柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速為1800rmin、扭矩為1152Nm工況下二級(jí)系統(tǒng)吸熱量最大達(dá)10