用于發(fā)動機余熱回收的往復(fù)活塞式膨脹機熱力學(xué)分析

1、用于發(fā)動機余熱回收的往復(fù)活塞式膨脹機熱力學(xué)分析第44卷第8期2011年8月天津大學(xué)JournalofTianjinUniversityVl01.44NO.8Aug.2011用于發(fā)動機余熱回收的往復(fù)活塞式膨脹機熱力學(xué)分析馮黎明,高文志,秦浩,謝必鮮(天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室,天津300072)摘要:膨脹機是朗肯循環(huán)的核心做功部件,相對于渦輪膨脹機,往復(fù)活塞式膨脹機更適合于回收發(fā)動機廢氣余熱,研究活塞式膨脹機的熱力過程對于優(yōu)化朗肯循環(huán)的效率有重要的參考價值.為此,建立了往復(fù)活塞式膨脹機的熱力過程計算模型,并計算分析了主要技術(shù)參數(shù)對膨脹機的性能影響規(guī)律.結(jié)果表明,進氣壓力和轉(zhuǎn)速增大以及進氣

2、門關(guān)閉時刻的推遲都會導(dǎo)致往復(fù)活塞式膨脹機輸出功和質(zhì)量流量的增大,但會導(dǎo)致卡諾循環(huán)完成效率的降低.關(guān)鍵詞:往復(fù)活塞式膨脹機;發(fā)動機;余熱回收;朗肯循環(huán)中圖分類號:TK115文獻標(biāo)志碼:A文章編號:04932137(2011)080665.06ThermodynamicAnalysisofReciprocatingPistonExpanderUsedtoRecoverWasteHeatofEngineFENGLiming,GAOWenzhi,QINHao,XIEBi-xian(StateKeyLaboratoryofEngines,TianjinUniversity,Tianjin300072,C

3、hina)Abstract:ExpanderisakeyworkcomponentofRankinecyclesystem.Comparedwithturbineexpander,reciprocatingpistonexpanderismoresuitableforwasteheatrecoveryofengine.StudyingthethermodynamicprocessofpistonexpanderishelpfulforoptimizingtheefficiencyofRankinecycle.ThecalculationmodeloftheworkingprocessOfrec

4、iprOcatingpistonexpanderwasestablished,andtheimpactoftechnicalparametersontheperformanceoftheexpanderwasthenanalyzed.Theresultsshowthattheincreaseofinletpressure,rotationalspeedandvalveopeningdegreecanleadtoincreasedpowerandmassflowrateOfreciprocatingpistonexpander,butmeanwhile,theachievableCarnotef

5、ficiencywillbereduced.Keywords:reciprocatingpistonexpander;engine;wasteheatrecovery;Rankinecycle汽車燃料燃燒所產(chǎn)生的能量中,大約有1/3左右被有效利用,其余的能量被散失到大氣中,其中排氣散失的能量占1/3左右.因此,有效利用汽車廢氣能量已成為實現(xiàn)汽車節(jié)能的一個有效途徑,并受到高度重視.世界幾個著名的汽車公司和科研部門(如卡特皮勒,康明斯和AVL研究所等)紛紛開展了多種針對發(fā)動機廢熱利用方面的研究工作1-3.基于朗肯循環(huán)的發(fā)動機廢氣能量回收利用始于20世紀(jì)70年代第1次能源危機時期.當(dāng)時主要是以水為工

6、質(zhì)通過渦輪回收廢氣能量,可使發(fā)動機的總效率提高13.2%l4J.但是,由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性及發(fā)動機,冷凝器和換熱器的結(jié)構(gòu)體積問題,有關(guān)發(fā)動機廢氣能量利用技術(shù)的研究一度停止.近年來,隨著科收稿日期:基金項目:作者簡介:通訊作者:技的進步使得利用朗肯循環(huán)回收發(fā)動機廢氣熱量,有效地改善汽車運行總效率成為可能.法國能源研究中心的Chammas等l6J提出利用朗肯循環(huán)回收發(fā)動機排氣和冷卻系統(tǒng)的廢熱推動渦輪機工作,并與發(fā)動機實現(xiàn)動力混合的設(shè)想,同時開展了大量的理論與試驗研究工作,對多種工質(zhì)的工作效率進行了分析和評價,獲得了一些具有理論參考價值的結(jié)論.AVL動力工程公司的Teng等lJJ設(shè)計了一個回收大負荷

7、柴油機廢熱的超臨界有機朗肯循環(huán)系統(tǒng),通過選取合適的工作介質(zhì),實現(xiàn)大功率柴油機與朗肯循環(huán)發(fā)動機的最佳動力組合,在改善燃料經(jīng)濟性和動力性方面發(fā)揮了巨大潛力.另外,Stobart等【7J也對發(fā)動機廢熱利用的理論和回收策略進行了深入的研究工作.2010-02.O1;修回日期:201O-0602.國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目(2009AA045103)馮黎明(1982一),男,博士研究生,tim2001126.corn.高文志,.Cl1.天津大學(xué)第44卷第8期渦輪膨脹機作為核心做功部件,回收內(nèi)燃機排氣廢熱能量時,由于受到工質(zhì)流量小的制約,設(shè)計制造上仔在一定

8、困難;而往復(fù)活塞式膨脹機卻適合小流量,小功率的情況J.我國關(guān)于活塞式膨脹機的研究主要集中在空分和制冷領(lǐng)域,對采用活塞式膨脹機回收內(nèi)燃機余熱的研究還鮮見報道.因此,本文在對發(fā)動機熱平衡和朗肯循環(huán)進行簡要介紹之后,重點研究用于內(nèi)燃機排氣熱量回收的活塞式膨脹機的熱力循環(huán)過程,分析主要技術(shù)參數(shù)對膨脹機的功率及效率的影響規(guī)律,并探討活塞式膨脹機的控制策略,得出的結(jié)論對活塞式膨脹機的設(shè)計乃至整個朗肯循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的理論參考價值.1朗肯循環(huán)簡單的理想朗肯循環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示,圖1(b)是理想朗肯循環(huán)的溫一熵圖.朗肯循環(huán)包括如下4個工作過程:定熵膨脹過程12,也是工質(zhì)膨脹做功過程;定冷凝過程23

9、,工質(zhì)經(jīng)過冷凝器定壓質(zhì)的冷凝到液態(tài);定熵壓縮過程34,工質(zhì)被泵定熵壓縮;定吸熱過程4.1,工質(zhì)通過加熱器吸熱由液態(tài)到飽和態(tài)再到過熱態(tài).朗肯循環(huán)根據(jù)循環(huán)1質(zhì)的不同分為使用有機工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)和使用水的蒸汽朗肯循環(huán).有機(a)結(jié)構(gòu)示意(b)溫.熵圖圖1理想朗肯循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意和溫.熵圖Fig.1StructureofidealRankinecyclesystemanditsT-sdiagram工質(zhì)沸點低,能夠回收低溫?zé)嵩吹臒崃?但是采用有機工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì),循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量較大并且需要的冷凝器也更大;水作為循環(huán)工質(zhì)有更好的傳熱性質(zhì),而且成本低廉,補充方便,有很好的熱穩(wěn)定性.發(fā)動機排氣溫度相對較高

10、,因此本文的研究采用水作為循環(huán)工質(zhì).2活塞式膨flP-Z胍I機工作過程分析膨脹機作為朗肯循環(huán)的核心做功部件,對發(fā)動機廢熱回收利用效率影響很大.在大型蒸汽動力循環(huán)中,由于蒸汽流量大,渦輪機可以有很高的熱效率.但是,當(dāng)蒸汽流量很小時,渦輪機的熱效率會非常小,設(shè)計制造小型高效的渦輪機也存在很大難度,并且當(dāng)蒸汽過熱度不足時還會發(fā)生蒸汽中的霧滴傷害渦輪機葉片的現(xiàn)象.通過回收發(fā)動機排氣熱量所產(chǎn)生的蒸汽量較小,往復(fù)活塞式膨脹機對小蒸汽流量有較高的熱效率,且設(shè)計和結(jié)構(gòu)比較簡單J,因此,采用往復(fù)式活塞膨脹機作為發(fā)動機排氣廢熱回收膨脹機更合適【l.因此本文將對往復(fù)式活塞蒸汽機的工作過程進行較系統(tǒng)的計算與分析.2.

11、1往復(fù)活塞式膨脹機的熱力循環(huán)理想朗肯循環(huán)所做的功可以表示為圖1(b)中1,2兩點的焓差.理想的往復(fù)活塞式膨脹機是以絕熱和沒有余隙容積為假設(shè)條件的,其理想工作循環(huán)通常表示為圖2中的BEFG過程J,E為等壓進氣過程,從點開始進氣,點汽缸容積為0,E點進氣終了.一F為絕熱等熵膨脹過程,F-G為定壓排氣過程,G點為排氣終止點,汽缸容積為0.圖2往復(fù)活塞式膨脹機PV曲線Fig.2PVcurvesofreciprocatingpistonexpander與理想循環(huán)相比,活塞式膨脹機實際循環(huán)存在以下3方面的損失.(1)不完全膨脹損失.主要是由于膨脹結(jié)束時缸內(nèi)壓力高于排氣背壓,使得膨脹做功潛力不能充分發(fā)201

12、1年8月馮黎明等:用于發(fā)動機余熱回收的往復(fù)活塞式膨脹機熱力學(xué)分析667?揮,做功過程沒有完全進行.(2)進排氣損失.由于進排氣過程存在阻力,進氣過程活塞下行,因此,進排氣過程都不可能在等壓狀態(tài)下進行,會存在一定損失.(3)傳熱損失.在進氣,做功,排氣和壓縮過程中,當(dāng)工質(zhì)通過汽缸時,由于汽缸與環(huán)境之間存在溫差,會產(chǎn)生傳熱損失.圖2中的實線為活塞式膨脹機實際工作循環(huán)P.V圖,循環(huán)進氣質(zhì)量為M,排氣后的殘余蒸汽質(zhì)量為m,則進氣結(jié)束時汽缸內(nèi)的質(zhì)量為+m.將活塞式膨脹機理想工作循環(huán)與實際工作循環(huán)的PV圖放在一起(圖2所示),是為了通過比較二者的差別,更好地分析活塞式膨脹機實際工作循環(huán)各部分的損失,其前提

13、是理想循環(huán)與實際循環(huán)的工質(zhì)循環(huán)質(zhì)量相等.理想循環(huán)BEFG的循環(huán)進氣量為E點工質(zhì)質(zhì)量+m,大于膨脹機實際循環(huán)的循環(huán)進氣量,因此通過比較二者之問的差別不能反映活塞式膨脹機實際工作循環(huán)各部分的損失.現(xiàn)考慮循環(huán)CEFD,C-E為等壓進氣過程,F為絕熱等熵膨脹過程,F-D為等壓排氣過程,D時刻排氣門關(guān),缸內(nèi)殘余工質(zhì)質(zhì)量m,這樣循環(huán)CEFD的循環(huán)進氣量與實際循環(huán)(圖2實線所示)的循環(huán)進氣量相等.下面分析循環(huán)CEFD是否為理想循環(huán).循環(huán)CEFD的輸出功為肋=.+一一.一一=FDPc(一)+IpdVP.(一)一Ipd=P(一)一p.(一)+(+)(一”,)一m(u一)=P()一p.(一)+M(u一”)=(一)

14、(1)式中:為功;為比內(nèi)能;h為比焓.因此,循環(huán)CEFD的輸出功相當(dāng)于質(zhì)量的工質(zhì)經(jīng)歷圖1中l(wèi)一2過程所做的功,即循環(huán)CEFD是質(zhì)量的工質(zhì)的理想循環(huán).將其與實際循環(huán)比較便可以清楚地看到各部分損失,如圖2中各填充部分所示.2_2往復(fù)活塞式膨脹機熱力計算為了進一步研究活塞式膨脹機的熱力循環(huán)過程,參考內(nèi)燃機熱力過程計算方法,建立了包括進排氣流量方程,能量守恒方程,連續(xù)方程,狀態(tài)方程,傳熱方程的活塞式膨脹機Matlab/Simulink理論模型.能量守恒方程為=p一+H(2)式中:上標(biāo)”表示對時間的微分;為汽缸工質(zhì)的內(nèi)能;Q為傳熱量;H為進入和流出汽缸工質(zhì)的滯止焓.將式(2)分解,可以得到關(guān)于汽缸內(nèi)溫度

15、微分的能量方程為=(Q,+hinmhoutmut-um)1一/等(3)式中:為缸內(nèi)溫度;hi和h分別為流人汽缸和流出汽缸工質(zhì)的比焓;mi和m.m分別為流入汽缸和流出汽缸的工質(zhì)質(zhì)量;m為缸內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量;R為氣體常數(shù);V為缸內(nèi)容積.質(zhì)量守恒方程為m=一(4)狀態(tài)方程為pV=mRT(5)式中P為缸內(nèi)壓力.瞬時汽缸工作容積隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律為=等1+2扣14I一l80汽缸工作容積隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化率為dV兀DS一=一?d(p180(6)(7)式中:為膨脹比;D為汽缸直徑;S為活塞行程;為連桿曲柄比.將通過進,排氣門流入或流出汽缸的流動過程視為準(zhǔn)維流動過程.進,排氣門的喉口相當(dāng)于一個流通面積隨時問而變化的

16、孔板,并假定為一維等熵絕熱流動.而實際流量等于理論流量乘以流量系數(shù),即dm=/.tA(8)式中:/2為流量系數(shù);A為幾何流通截面積;P為節(jié)流位置前氣體的壓力;為節(jié)流位置前氣體的密度;為流動函數(shù).,當(dāng)fk-I時為亞臨界流動,此時當(dāng)<(時為超J臨界此時(9)一2踟,.一/S天津大學(xué)第44卷第8期高(10)式中P,和P分別為節(jié)流位置前和節(jié)流位置后的氣體力.傳熱方程為3Q=ho.(一)(11),=】Nu=0.035Re.(12)式中:h.為傳熱系數(shù);i=1,2,3分別指缸蓋頂面,活塞頂面和汽缸套表面;A為各部分傳熱面積;為各部分壁面溫度;Nu為努塞爾數(shù);Re為雷諾數(shù).根據(jù)以上幾個基本微分

17、方程,按照進氣過程,膨脹過程,排氣過程和壓縮過程建立了活塞式膨脹機Matlab/Simulink模型.以某排量2.0L,功率66kW的增壓柴油機排氣作為產(chǎn)生蒸汽的熱源,該柴油機額定工況下的排氣溫度為620,排氣流量為0.1kg/s,可產(chǎn)生300的蒸汽0.0l5kg/s.膨脹機采用氣門式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)進排氣,通過優(yōu)化配氣相位實現(xiàn)理想的進排汽,其基本技術(shù)參數(shù)如表l所示.不考慮摩擦和泄露損失,可回收4.9kW的排氣能量,功率提高7.4%,各部分能量分布如3所示.表1往復(fù)活塞式膨脹機參數(shù)Tab.1Parametersforreciprocatingpistonexpander參數(shù)數(shù)值缶Ii徑/mm86“程/

18、mm72進t壓力/MPa進t溫度/C300冷凝樂力/MPaO.1膨脹比l9活塞膨脹機轉(zhuǎn)速/(r?rain.)1400遜持續(xù)期/.CA1O50排持續(xù)期/.CA-30l6O進氣損失(7%)不完全膨脹損失f4%)氣損失(55%)傳熱損失f25%)圖3往復(fù)活塞式II.NI機能量分布Fig.3Energydistributionofreciprocatingpistonexpander罔3中的總能量為假設(shè)T質(zhì)定熵膨脹到冷凝溫度時膨脹機的輸出功,即圖1(b)中的(一h2)q.為了反映膨脹機實際循環(huán)與理想卡諾循環(huán)的接近程度,定義卡諾循環(huán)完成效率為77:(13)(一)式中:為輸出功;.為工質(zhì)質(zhì)量流量.2.3往

19、復(fù)活塞式膨脹機熱力過程計算結(jié)果分析利用所建立的活塞式膨脹機Matlab/Simulink模型計算了循環(huán)輸出功,卡諾循環(huán)完成效率,流量等隨膨脹比,進氣溫度,進氣壓力及轉(zhuǎn)速等變化規(guī)律.圖4表示膨脹比對熱力循環(huán)的影響,由圖4可見卡諾循環(huán)完成效率隨膨脹比增大而增大,而輸出功和質(zhì)量流量卻隨膨脹比的增大呈現(xiàn)減小的趨勢.卡諾循環(huán)完成效率的增大主要是由于隨著膨脹比增大,工質(zhì)膨脹得更完全,不完全膨脹損失減小,另一方面如果膨脹比過大,工質(zhì)過度膨脹,卡諾循環(huán)完成效率反而會降低.通?；钊脚蛎洐C受結(jié)構(gòu)上的限制多設(shè)計成不完全膨脹.質(zhì)量流量的減小主要是由于在進排氣相位和活塞行程不變的情況下,增大膨脹比,意味著排氣門關(guān)閉時

20、缸內(nèi)容積變小,因此壓縮行程終了,缸內(nèi)壓力增大,進氣門打開時抑制進氣.圖5表示進氣壓力對熱力循環(huán)的影響,質(zhì)量流量和輸出功都隨進氣壓力增大而增大,而卡諾循環(huán)完成效率卻隨進氣壓力升高而降低,這主要是由于進氣壓力越高,膨脹做功越不完全,不完全膨脹損失越大.各進氣壓力下熱力循環(huán)的示功圖如圖6所示,可以看出輸出功隨進氣壓力增大而增大,當(dāng)進氣壓力在1.0MPa時,蒸汽壓縮終了的壓力高于進氣壓力,當(dāng)進氣門打開時會發(fā)生倒流的現(xiàn)象,從而產(chǎn)生不必要的壓縮負功(圖6中的A區(qū)域),降低輸功,卡諾循環(huán)完成效率和質(zhì)量流量,因此應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象.例如可以增加一個放汽閥,當(dāng)缸內(nèi)壓力高于進氣壓力時,放汽閥迅速打開,就可以減

21、少壓縮負功.圖4輸出功,卡諾循環(huán)完成效率和質(zhì)量流量隨膨脹比的變化規(guī)律Fig.4Outputpower,achievableCarnotefficiencyandmassflowrateasafunctionofpressureratio2011年8月馮黎明等:用于發(fā)動機余熱回收的往復(fù)活塞式膨脹機熱力學(xué)分析圖5輸出功,卡諾循環(huán)完成效率和質(zhì)量流量隨進氣壓力的變化規(guī)律Fig.5Outputpower,achievableCarnotefficiencyandmassflowrateasafunctionofinletpressure圖6不I司進氣壓力下往復(fù)活塞式膨脹機的p-V曲線Fig.6p-Vcu

22、rvesofreciprocatingpistonexpanderwithdifferentinletpressure圖7表示進氣溫度對熱力循環(huán)參數(shù)的影響,卡諾循環(huán)完成效率隨進氣溫度升高而增大,質(zhì)量流量隨進氣溫度升高而降低,輸出功隨進氣溫度升高而升高,但是變化并不明顯,因此,在流量允許的條件下應(yīng)盡可能提高進氣溫度,這是在進行朗肯循環(huán)換熱器設(shè)計時應(yīng)該考慮的問題之一.24026028030032034036038O400420進氣溫度/C圖7輸出功,卡諾循環(huán)完成效率和質(zhì)量流量隨進氣溫度的變化規(guī)律Fig.7Outputpower,achievableCarnotefficiencyandmassfl

23、owrateasafunctionofinlettemperature圖8表示活塞式膨脹機的轉(zhuǎn)速對熱力循環(huán)的影響,質(zhì)量流量和輸出功都隨轉(zhuǎn)速的提高而增大,卡諾循環(huán)完成效率隨轉(zhuǎn)速的提高而減小,但是另一方面轉(zhuǎn)速的提高會導(dǎo)致泄露損失的減小和摩擦損失的增大,因此對于實際具體的活塞式膨脹機轉(zhuǎn)速的影響存在一個最佳值,需做具體分析.活塞式膨脹機的轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)節(jié)輸出端的負載來控制.圖8輸出功,卡諾循環(huán)完成效率和質(zhì)量流量隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律Fig.8Outputpower,achievableCarnotefficiencyandmassflowrateasafunctionofspeed圖9表示進氣門關(guān)閉時刻對熱

24、力循環(huán)的影響,很容易理解進氣門關(guān)閉時刻越晚,一次循環(huán)的進氣量越大,也就是質(zhì)量流量越大,隨之帶來的是輸出功的增大,但是,卡諾循環(huán)完成效率卻隨進氣門關(guān)閉時刻的推遲而減小,這主要是由于進氣門關(guān)閉時刻的推遲不僅會增加進氣損失,不完全膨脹損失也會由于進氣量的增大而增加.圖9輸出功,卡諾循環(huán)完成效率和質(zhì)量流量隨進氣門關(guān)閉時刻的變化規(guī)律Fig.9Outputpower,achievableCarnotefficiencyandmassflowrateasafunctionofintakevavleclosedtiming3朗肯循環(huán)的控制策略朗肯循環(huán)的控制主要包括2個部分:泵的控制和膨脹機的控制.首先通過泵調(diào)

25、節(jié)工質(zhì)的流量,對于一個具體的轉(zhuǎn)子泵,泵出口壓力與工質(zhì)流量是一一對應(yīng)的,因此通過流量的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對膨脹機進口工質(zhì)溫度的控制,在其后使用閥來進一步調(diào)節(jié)壓力,當(dāng)流量發(fā)生變化時膨脹機必須做出相應(yīng)的調(diào)整來匹配流量,如果膨脹機的運行與流量不匹配,不僅不能維持穩(wěn)定的天津大學(xué)第44卷第8期蒸發(fā)雁力,膨脹機的運行也無法保持穩(wěn)定.泵的調(diào)節(jié)比較容易,例如可以通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整工質(zhì)流量,為了匹配工質(zhì)流量,參考上部分對活塞式膨脹機的熱力分析,活塞式膨脹機有如下3種調(diào)節(jié)方式.1)力調(diào)節(jié)如圖6所示,當(dāng)壓力發(fā)生變化,其他條件不變時,流量隨之有相應(yīng)的變化,因此可以在膨脹機人口前增加一個節(jié)流閥,調(diào)整工質(zhì)進口壓力,從而使膨脹機的

26、質(zhì)流量匹配朗肯循環(huán)的流量.但是節(jié)流閥會帶來額外的節(jié)流損失.2)速度調(diào)節(jié)如圖9所示,活塞式膨脹機工質(zhì)的質(zhì)量流量隨轉(zhuǎn)速的增加而增大,因此可以通過調(diào)節(jié)膨脹機的負載控制膨脹機轉(zhuǎn)速進而使其與工質(zhì)流量匹配.3)進氣門關(guān)閉時刻調(diào)節(jié)如圖9所示,活塞式膨脹機工質(zhì)的質(zhì)量流量隨進氣門關(guān)閉時刻的推遲而提高,可以通過改變傳統(tǒng)的配氣凸輪機構(gòu),使用可變進氣機構(gòu),實現(xiàn)對進氣門開度的調(diào)節(jié),進而與工質(zhì)流量匹配.上述3種調(diào)節(jié)方式,進氣門關(guān)閉時刻調(diào)節(jié)需要改變傳統(tǒng)的凸輪配氣機構(gòu),最為復(fù)雜,但是對流量的控制最直接,可控制范同也最大;速度調(diào)節(jié)方式不需要增加任何機構(gòu),最為簡單;壓力調(diào)節(jié)的復(fù)雜程度介于述2種方式之間,節(jié)流閥的加人也會帶來額外的

27、節(jié)流損失.具體的控制策略應(yīng)以提高整個循環(huán)效率為目標(biāo),結(jié)合實現(xiàn)的難度,成本和系統(tǒng)可靠性綜合考慮選擇.4結(jié)論(1)通?；钊脚蛎洐C受結(jié)構(gòu)上的限制多設(shè)計成不完全膨脹的形式,其實際熱力循環(huán)中存在不完全膨脹損失,進排氣損失和傳熱損失,用于發(fā)動機余熱回收的活塞式膨脹機由于蒸汽溫度不會很高,因此其傳熱損失較小.(2)輸功和質(zhì)量流量隨進氣壓力和轉(zhuǎn)速增大而增大,隨進氣門關(guān)閉時刻的推遲而增大,但卡諾循環(huán)完成效率卻隨進氣壓力和轉(zhuǎn)速的增大以及進氣門關(guān)閉時刻的推遲而降低.因此在設(shè)計活塞式膨脹機時應(yīng)選擇合適的進氣壓力,轉(zhuǎn)速和進氣門關(guān)閉時間,使質(zhì)量流量滿足要求的情況下,擁有最大的卡諾循環(huán)完成效率和輸出功.(3)活塞膨脹機的

28、控制是朗肯循環(huán)控制策略的重要組成部分,可以通過壓力調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和進氣門開度調(diào)節(jié)3種調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)對活塞膨脹機的控制,三者各有優(yōu)缺點.參考文獻:l1JTengH,RegnerG,CowlandCh.AchievinghighengineefficiencyforheavydutydieselenginesbywasteheatrecoveryusingsupercriticalorganicfluidRankinecycleCJIISAEPaper2006013522,2006.12JHuguesTL,BeyeneAsfaw.HeatrecoveryfromAutomotiveenginelJJ.AppliedThermalEngineering,2009,29(2/3):439444.13jDiegoAA,TimothySA,RyanJK.Theoreticalanalysisofwasteheatrecoveryfromaninternalcombustionengineinahybridvehi