文档介绍：内燃机高温排气余热梯级回收联合循环
的效率优化研究
Optimization of Efficiency of Waste Heat
Recovery of IC Engines based on Multiple
Cycles
学科专业:动力机械及工程
研究生:赵健
指导教师:舒歌群教授
天津大学机械工程学院
二零一二年十二月
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的
研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表
或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证
书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中
作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名: 签字日期: 年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校
向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)
学位论文作者签名: 导师签名:
签字日期: 年月日签字日期: 年月日
摘要
能源在国家未来发展的战略性作用毋庸置疑,我国人口基数大,人均能源紧
缺,尤其石油能源很大程度上依赖进口。因此,需要从节能技术上有所突破。在
传统内燃机设计技术的基础上,通过内燃机余热能的回收利用,如果可将内燃机
的热转换效率提高 10%左右,将意味着我国可以从内燃机消耗的石油中节约石油
达到 3000 万吨左右,减少 CO2 排放 7000 万吨。具有相当可观的经济效益和环
保效益。
本文通过对现有的各种内燃机排气余热回收利用方式的分析和比较,提出了
基于朗肯底循环和温差发电技术回收内燃机排气余热能的方法,并以潍柴某型号
大功率柴油机为研究对象,针对通过实验的获得内燃机排气的参数等。针对内燃
机余热源的特点,采用优化的温差发电与朗肯联合循环方案对内燃机排气余热进
行能量回收,分析了不同系统工作压力(蒸发与冷凝)、温差发电器布置、涡轮
膨胀机效率等参数对使用不同工质的废热回收系统总效率的影响规律。通过分析
可知,热功转化的关键部件涡轮膨胀机的效率,是决定系统效率的关键因素。因
此本文工作后期重点对涡轮膨胀机的工作性能进行分析。使用 ANSYS CFX 软件
对所设计的涡轮膨胀机的喷嘴、动叶轮进行初步的 CFD 计算。
通过理论分析,当系统工作在 pevap==303K 条件下,可以回收
的功率,指示效率可以从裸机的 41% 提高到 %。针对额定转速
30,000 转的膨胀机进行初步设计,其动叶轮直径仅为 ,可以满足车用小
型化的需求,此外其工作效率可达 %。
本文建立了发动机排气能量回收 TEG-ORC 联合循环并进行了性能分析,并
提出进一步改进方向。研究表明,采用 TEG-ORC 联合循环回收利用内燃机排气
余热能是一种行之有效的方法,能实现汽车节能、降低油耗和 CO2 排放。为废
热回收系统的应用打下良好的基础。
关键词: 内燃机余热能联合循环 MATLAB CFX
ABSTRACT
There’s no doubt that energy play an important role in China's future strategic
development, and our industry and economic developments dependent on imported
energy heavily, particularly oil, because of our large population and energy crisis.
Therefore, energy-saving technology should be developed. This paper hopes that we
can improve the IC engines’ thermal efficiency by 10%, basing on the traditional IC
engine technology. It means