基于有机朗肯循环的柴油机稳态工况废热回收的探讨

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有机朗肯循环在余热回收领域的应用探索

1引言随着全球能源消耗的增长，能源供应的可持续性成为当前人类面临的一个重大问题，目前我国在工业化生产过程中由各种换热能设备、用能设备和化学反应设备产生的热量，除高中品位热源回收利用较好，其余低品位余热提质利用则成了当前节能减排的重中之重。

人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放[1]，余热的排放既是能源的极大浪费，也是造成温室效应的主要因素。

目前温度低于150℃的热能无法实现发电利用，基本排放到大气中，这种工业余热的总量是非常巨大的。

面对节能减排的巨大压力，有机朗肯循环发电技术的研发逐渐受到研究者的关注[2,3]，在工业领域的应用研究也逐渐开展，以实现低品位能源综合利用、变废为宝。

2有机朗肯循环原理利用有机朗肯循环原理实现低温余热发电机组研制与开发，其本质是将热流体与低沸点有机工质换热，再将低沸点有机工质引入螺杆膨胀机（或者汽轮机）进行能量回收的循环系统方式。

有机朗肯循环发电系统主要包括四个组成部分：蒸发器、膨胀动力机、冷凝器和工质泵，有机朗肯循环系统流程图如图1所示。

蒸发器工质泵发电机螺杆膨胀机G冷凝器图1有机朗肯循环系统流程图低温的有机工质在蒸发器中与余热流体介质换热，有机工质吸收余热流体所携带热量产生高温高压的有机蒸气，高温高压气态（或汽液两相）有机工质进入螺杆膨胀机膨胀做功，螺杆膨胀机带动发电机转动，实现机械能向电能的转化。

高温高压有机工质气体通过膨胀做功之后变成低温低压气有机朗肯循环在余热回收领域的应用探索Exploration on the Application of the Organic Rankine Cycle in the Field ofWaste Heat Recovery穆永超，赵保明，杨嘎，焦江涛（山西易通环能科技集团有限公司，山西长治047100）MU Yong-chao,ZHAO Bao-ming,YANG Ga,JIAO Jiang-tao(Shanxi YitongHuannengTechnologyGroupCo.Ltd.,Changzhi047100,China)【摘要】我国是一个能耗大国，随着我国工业化领域的快速发展，越来越多研究者开始注重技术的开发和应用，有机朗肯循环低温发电技术作为余热回收的有效措施，在我国各高耗能领域逐渐应用，并取得良好的经济效益和环境效益。

有机朗肯循环系统回收发动机尾气余热的研究

Ｖ１１Ｎ．Ｓｐ０２ｏ．４，ｏ３，ｅ．２１
有机朗肯循环系统回收发动机尾气余热的研究
张晓刘彬孙晓娜，，，杨凯张健张红光，，
（．１菜钢集团烟台钢管有限公司，山东烟台２４０；６００
ＩＳＳＮ１００８— ４４６９ＣＮ１３．２６５／ＴＥ１
承德石油高等专科学校学报
ＪｕｎｌｆｈｎｄＰｔｏｅｍＣｌｇｏｒａｏＣｅｇｅｅｒｌｕｏｌｅｅ
第１４卷第３期，２１年９月０２
中图分类号：４２４Ｕ７．３文献标识码：Ｂ文章编号：０８９４（０２０ —０１０１０ —４６２１）３０６ — ５
ＥｎｇｎｅＷａｔｅｔＲｅｏｅｙＢａｅｎＯｒａｉｎｋｎｅＣｙｌｓｅｉｓｅＨａｃｖｒｓｄｏｇｎｃＲａｉｃｅＳｙｔｍ
同蒸发压力下的蒸发率结合发动机的试验数据分析了两相流对系统性能的影响。通过比较系统净输出功、有
Байду номын сангаас
机朗肯循环效率及主要部件损的变化规律确定了系统的最佳工作方案。结果表明，统在全排气质量流量范系围内能平稳地工作，机朗肯循环效率达到１．％，小了各主要部件的损，热回收效果明显。有０２减余关键词：有机朗肯循环；发率；热回收；动机尾气蒸余发

基于朗肯循环的发动机尾气余热回收系统功率控制分析

1.10
-60
-70
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-20 -15 -10 -5
0
5
c) 进气门开启 [°曲轴 ] 上止点为参考
排气门开启 [°曲轴 ] 下止点为参考
10
1.31 0
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4000
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4000
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5
d) 进气门开启 [°曲轴 ] 上止点为参考
余热回收引言基于朗肯循环系统的尾气余热回收系统以水为循环介质膨胀机作为做功实体gtpower作为模拟平台研究系统内各参数影响特点及实现发动机与尾气余热回收系统的功率匹配确定该朗肯系统在发动机各工况下的最佳工作方余热回收系统性能参数分析21初态温度分析朗肯系统和发动机的匹配首先需对该系统中各参数在不同工况下进行分析研究
加，继而指示功率得以提高。 2.3 工作气缸数分析以汽缸数为变量对指示功率及膨胀机转
速产生影响，Inlet-Factor 与 Outlet-Factor 均为 1，该系统吸收总热量为 50kW。为简化计算，假设在膨胀过程中，气态工质等量均匀的分配给各个工作气缸，每个气缸具有相同配气结构及进、排气门的执行时间。指示功率在做功气缸数为 4 时达到最大值，当气
图 1 不同吸收热量和不同初态温度下对指示功率影响
排气门开启 [°曲轴 ] 下止点为参考
10
0
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a) 进气门开启 [°曲轴 ] 上止点为参考

车用柴油机余热回收有机朗肯循环系统方案热经济性对比分析

Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｂｅｎｃｈｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｖｅｈｉｃｌｅｓｉｘ — ｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ．ｔｈｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃ
摘要：为实现对车用柴油机余热能量的充分回收，针对简单有机朗肯循环系统和双有机朗肯循环系统进行对比分
析研究。根据某车用六缸柴油机的台架试验结果，在研究其变工况下余热特性的基础上，建立两种有机朗肯循环
系统的热力学模型和经济模型，并对两个系统的热经济性进行了对比分析。结果表明：在柴油机整个工况范围内，双有机朗肯循环系统的净输出功率、功率提升率和有效燃油消耗率改善度均优于简单有机朗肯循环系统，最大值分别为２４．３８ｋｗ、８．７１％和８．０１％；双有机朗肯循环系统的单位能量产出成本为０．８０８９ＣＮＹ・（ｋＷ．ｈ）一１，比简单有
ｍｏｄｅｌｓｏｆｂｏｔｈＯＲＣｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍｏ — ｅｃｏｎｏｍｉｃｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｏｔｈＯＲＣ
ＤＯＩ：１０．１１９４９ｄ．ｉｓｓｎ．０４３８－１１５７．２０１７０００４
车用柴油机余热回收有机朗肯循环系统方案热经济性对比分析

基于有机朗肯循环的车用柴油机排气余热回收系统性能分析

基于有机朗肯循环的车用柴油机排气余热回收系统性能分析杨富斌;董小瑞;王震;杨凯;张健;张红光【摘要】An organic Rankine cycle (ORC) was designed to recover the exhaust energy from a heavy‐duty vehicle diesel en‐gine and the distribution of diesel engine waste heat under various operating conditions was acquired through the engine bench test .The effects of evaporation pressure ,superheated degree and diesel engine operating condition on the ORC system per‐formances were analyzed and the optimum evaporation pressure of the ORC system was determined by taking the net output power and thermal efficiency as the optimization objectives .The results showed that the maximum net output power of the ORC system was 12 .69 kW and the thermal efficiency was 11 .19% when the evaporation pressure was 1 .8 MPa .It was aslo found that the superheated state of working fluid could not improve the net output power of the ORC system effectively .%利用设计的有机朗肯循环系统回收某重型车用柴油机的排气能量，通过台架试验，获得了变工况下柴油机排气余热能分布特性。

基于有机朗肯循环的发动机余热回收技术

冻动机废热的品位较低，果采用常规余热回如收技术，效率低，济性差。朗肯循环（ｎｉｅＣ — 经Ｒａｋｎｙｃ）泛应用于蒸汽轮机发电领域，余热回收领ｌ广ｅ是
第２期（第１９期）总９２１０２年４月
车
用
发
动
机
Ｎｏ２（ｒａｏ９．ＳｅｉｌＮ．１９）
Ａｐ．０１２ｒ２
ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥ
基于有机朗肯循环的发动机余热回收技术
郭丽华，覃峰，陈江平，刘杰
一
源。（）与水蒸气不同，机物制冷剂在膨胀做功２有过程中始终保持干燥状态，而避免了液滴高速撞从
击、坏膨胀机叶轮的可能性。ＯＣ系统比水蒸气损Ｒ
段时间内尚无法动摇传统内燃机汽车的统治地
的中低温热源，已经成功应用于生物能［、热＿等６地］７领域。此外，Ｃ系统机动性好，全性高，ＯＲ安对维护
保养要求较低，广受业内青睐。上述优点使得故
车保有量已突破１ｏ亿辆，国汽车保有量已达到我
７８２万辆，给化石燃料的供给带来相当大的０］这
压力。虽然国内外汽车公司已经致力于发展新能源汽车，纯电动汽车、合动力汽车、料电池汽车如混燃等，由于技术、本等多方面的因素，未来很长但成在

基于有机朗肯循环的发动机余热回收技术

基于有机朗肯循环的发动机余热回收技术郭丽华;覃峰;陈江平;刘杰【摘要】Eight kinds of cycle media in organic Rankine cycle (ORC) were compared during the thermodynamic process. Considering the systemic, reliable and environmental factors, R245fa was the optimum selection for ORC. For the application of Cummins heavy duty vehicle engine, the power generation system with the waste heat recovery was designed. Recovering the heat from charge air, tail pipe gas and exhaust gas, the power generation was realized. The efficiency of waste heat recovery in the system was 10. 4%.%通过比较8种循环工质在有机朗肯循环(ORC)系统中的热力过程,从系统性能、可靠性、环保等角度综合考虑,验证了R245fa用于ORC循环工质的优势.以康明斯某重型车用发动机为应用目标,设计了一套余热回收发电系统,通过回收增压空气、尾管废气、发动机废气的热量,用于发电.经过计算,该系统的余热回收效率为10.4％.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】5页(P30-34)【关键词】有机朗肯循环;余热回收;循环工质;换热器;膨胀机【作者】郭丽华;覃峰;陈江平;刘杰【作者单位】浙江银轮机械股份有限公司,浙江天台 317200;浙江银轮机械股份有限公司,浙江天台 317200;上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TK427据统计［1］，化石燃料在内燃机中燃烧产生的能量仅有大约1／3转化为有用功，剩余部分都通过废气、冷却水等介质直接排向大气，在造成能源浪费的同时，也污染了环境。

基于有机朗肯循环的柴油机余热发电系统的研究学士学位论文

学士学位论文基于有机朗肯循环的柴油机余热发电系统的研究毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

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作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。

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3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于有机朗肯循环的柴油机余热发电系统的研究摘要大量工业过程产生的低温余热资源不能被有效地回收利用，不仅浪费了能源，还使得热污染成为严重环境问题。

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肯循环的柴油机稳态工况废热回收的探讨
韩永强王先锋张雷王虎刘洪涛
（１．吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室；２．长春一汽四环发动机制造有限公司）
【摘要】为了探究可变膨胀比往复活塞式膨胀机有机朗肯循环系统对柴油机尾气余热利用的影响程度，基于某６缸
ｏｆｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｅｎｇｉｎｅｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｒｉｓｅｏｆｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｗｈｉｌｅｗｉｔｈｔｈｅｓｐｅｃｉｉｃｆｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅ，
有机朗肯循环余热回收系统潜力。
主题词：柴油机
尾气
余热利用有机朗肯循环
稳态工况
中图分类号：Ｕ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１０００ — ３７０３（２０１５）０６ — ００５０ — ０６
ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＲｅｃｏｖｅｒｙｏｆＷａｓｔｅＨｅａｔＢａｓｅｄｏｎ
ＥｎｇｉｎｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｏｒｇａｎｉｃＲａｎｋｉｎｅｃｙｃｌｅｓｙｓｔｅｍｏｆｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇｐｉｓｔｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｅｎｇｉｎｅ
ｒｅｃｏｖｅｒｙｓｙｓｔｅｍ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｓｐｅｃｉｉｆｃｅｘｐａｎｓｉｏｎｒａｔｉｏ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ，ｅｉｃｆｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｃｏｖｅｙｒｅｉｃｆｉｅｎｃｙ
增压柴油机构建ＧＴ — ｐｏｗｅｒ仿真模型，在１３工况下仿真并分析有机工质蒸发压力、膨胀比等与余热回收系统膨胀机效率
和当量回收效率的关系。结果表明，膨胀比一定时，膨胀机输出的功率、效率及当量回收效率随蒸发压力的上升而提升；蒸发压力一定时，，膨胀机效率和当量回收效率随膨胀比上升先升高后降低；最佳的蒸发压力和膨胀比匹配可充分发挥
ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｉｃｆｉｅｎｃｙａｎｄｅｑｕｉｖｌｅａｎｔｒｅｃｏｖｅｒｙｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｗａｓｔｅｈｅａｔ
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＦＡＷＳｉｈｕａｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
ＳｔｅａｄｙＳｔａｔｅｏｆＲａｎｋｉｎｅＣｙｃｌｅｉｎＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅ
ＨａｎＹｏｎｇｑｉａｎｇ ‘ ，ＷａｎｇＸｉａｎｆｅｎｇ，ＺｈａｎｇＬｅｉ，ＷａｎｇＨｕ，ＬｉｕＨｏｎｇｔａｏ
ｗｉｔｈｖａｉａｒｂｌｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｇａｓｗａｓｔｅｈｅａｔｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａＧＴ — ｐｏｗｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎａ６一ｃｙｌｉｎｄｅｒｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｗｏｒｋｉｎｇｍｅｄｉｕｍｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ