一種用于內(nèi)燃機(jī)超臨界有機(jī)朗肯循環(huán)廢熱回收系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型

近年來，用于內(nèi)燃機(jī)（IC）發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收（WHR）的超臨界有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）的研究受到越來越多的關(guān)注，其目的是提高ORC和發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。在實(shí)時(shí)應(yīng)用之前對(duì)超臨界ORC-WHR系統(tǒng)的仿真非常重要，因?yàn)橄到y(tǒng)中的高壓可能會(huì)影響部件的安全性和可用性。在ORC-WHR系統(tǒng)中，蒸發(fā)器是系統(tǒng)熱慣性的關(guān)鍵部件，因?yàn)樵撛O(shè)備的熱傳導(dǎo)會(huì)影響系統(tǒng)的效率。由于流體在超臨界壓力下的熱物理性質(zhì)取決于溫度，因此有必要考慮工作流體性質(zhì)的變化。而有限體積（FV）離散化方法通常用于研究這些性質(zhì)的變化。然而，穩(wěn)態(tài)條件下蒸發(fā)器的FV模型不能用于預(yù)測(cè)循環(huán)受到瞬態(tài)熱源時(shí)的熱慣性。因此為了解決這一問題，本文開發(fā)出蒸發(fā)器的動(dòng)態(tài)FV模型(概念見文中 Figure.1)，并與ORC-WHR系統(tǒng)中的其他部件集成在一起。本文還研究了瞬態(tài)熱源下ORC-WHR系統(tǒng)的穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)以及性能。

Figure 1.Conceptual two loopswasteheat recovery system.

本文介紹了超臨界ORCWHR系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。其中蒸發(fā)器采用有限體積離散化技術(shù)進(jìn)行建模。所開發(fā)的模型能夠描述ORC-WHR系統(tǒng)在超臨界壓力下的瞬態(tài)情況。本文還深入研究了該模型的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)，研究結(jié)果表明，制冷劑的質(zhì)量流量對(duì)蒸發(fā)器出口溫度有顯著影響，這是實(shí)時(shí)控制WHR系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。此外，內(nèi)燃機(jī)的二級(jí)回路ORC和二級(jí)廢熱回收系統(tǒng)具有減少ORC-WHR系統(tǒng)中高瞬態(tài)熱量輸入的潛力。