基于溫差發(fā)電-有機(jī)朗肯循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng)回收柴油機(jī)不同工況下排氣余熱的研究.pdf

1、目前,一般發(fā)動機(jī)約有三分之二的能量通過潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境,導(dǎo)致環(huán)境污染與能源浪費(fèi)。因此,近年來發(fā)動機(jī)余熱回收技術(shù)發(fā)展迅猛。有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)廣泛應(yīng)用于中低溫余熱回收領(lǐng)域,但對車用發(fā)動機(jī)余熱回收的研究進(jìn)展緩慢。這是由于車用發(fā)動機(jī)在變工況下排氣溫度變化范圍大,很難將兩者進(jìn)行良好匹配,并且ORC工質(zhì)的分解溫度大多低于排氣溫度,若使工質(zhì)和排氣直接換熱,可能造成工質(zhì)分解,致使系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。為了利用ORC回收車用發(fā)動機(jī)排氣

2、余熱并避免工質(zhì)分解,本文設(shè)計(jì)了溫差發(fā)電-有機(jī)朗肯循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng),簡稱“TEG-ORC聯(lián)合系統(tǒng)”。
　　本文首先基于AVL Boost軟件建立某六缸柴油機(jī)模型,通過模擬計(jì)算獲取柴油機(jī)在不同工況下的排氣狀態(tài)參數(shù),即TEG-ORC熱源物性參數(shù)。之后,深入研究TEG-ORC聯(lián)合系統(tǒng)的工作機(jī)理,設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案,建立熱力學(xué)模型。然后,基于MATLAB軟件開發(fā)聯(lián)合系統(tǒng)的性能模擬程序,計(jì)算在柴油機(jī)不同工況下的性能變化規(guī)律,計(jì)算結(jié)果表明:TEG-ORC

3、聯(lián)合系統(tǒng)在不同工況下回收排氣余熱的性能與該工況下的排氣能量相關(guān),利用TEG-ORC回收排氣余熱存在一個最低排氣能量值(約50kW);在柴油機(jī)1900r/min、90％負(fù)荷工況下,聯(lián)合系統(tǒng)總輸出功率和熱效率達(dá)到最大,最大總輸出功率為24.53kW,最大熱效率為25.6%,相比單獨(dú)ORC系統(tǒng)的總輸出功率提高了21.0%,熱效率提高了8.7%。最后,以柴油機(jī)標(biāo)定工況為例,探索TEG-ORC聯(lián)合系統(tǒng)的改進(jìn)方法:優(yōu)選ORC工質(zhì),采用 RC318的

4、 TEG-ORC聯(lián)合系統(tǒng)性能明顯提高,比原設(shè)計(jì)的總輸出功率提高16.8%,熱效率提高4.2%;改變熱電材料,采用CoSb3的聯(lián)合系統(tǒng)性能比原設(shè)計(jì)稍有提高;改變熱電模塊陣列形式,采用10×7的聯(lián)合系統(tǒng)總輸出功率比原設(shè)計(jì)提高2.2%,熱效率稍有提高。
　　研究表明,TEG-ORC聯(lián)合系統(tǒng)能夠克服單獨(dú) ORC應(yīng)用在車用發(fā)動機(jī)上的溫度匹配與工質(zhì)分解問題,對柴油機(jī)排氣余熱的回收利用效果較好;對TEG-ORC性能的改進(jìn)方法可以借鑒并推廣到柴油