朱 鵑，黃豪中，鄧 偉，莫黃燕

(1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 廣西南寧530004； 2.廣西壯族自治區(qū)圖書館， 廣西南寧530022)

發(fā)動機(jī)雙回路朗肯循環(huán)的性能分析和參數(shù)優(yōu)化

朱 鵑1，黃豪中1，鄧 偉1，莫黃燕2

(1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 廣西南寧530004； 2.廣西壯族自治區(qū)圖書館， 廣西南寧530022)

為提高發(fā)動機(jī)余熱回收中雙回路有機(jī)朗肯循環(huán)(DORC)的余熱回收效率，通過熱力學(xué)第一定律，建立包括蒸發(fā)器、渦輪、冷凝器和泵的有機(jī)朗肯循環(huán)模型?；谠撃Ｐ?，研究高溫回路工質(zhì)(R123、R245fa、R141b和水)、蒸發(fā)壓力(1～7 MPa)和渦輪入口溫度(480～680 K)對發(fā)動機(jī)余熱回收系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，以系統(tǒng)凈輸出功、熱效率和效率為評判標(biāo)準(zhǔn)，找到最佳工質(zhì)和熱力參數(shù)。結(jié)果顯示，高溫回路蒸發(fā)壓力的增加，對所有工質(zhì)都有明顯優(yōu)化作用，而當(dāng)工質(zhì)被加熱成過熱氣體后再進(jìn)入渦輪做功，對濕工質(zhì)水而言，過熱度增大，系統(tǒng)性能提高，對干工質(zhì)R245fa和等熵工質(zhì)R123、R141b，過熱度增大卻沒有明顯優(yōu)化甚至有惡化作用。水工質(zhì)DORC表現(xiàn)最好，相應(yīng)的凈輸出功、熱效率和效率分別為95.44 kW、13.84%和63.20%?？紤]系統(tǒng)的換熱面積， R123是四種工質(zhì)中最理想的工質(zhì)，對應(yīng)的單位換熱面積的凈功量為6.39 kW/m2。

發(fā)動機(jī)；余熱回收；雙回路有機(jī)朗肯循環(huán)；參數(shù)優(yōu)化

0 引 言

隨著能源危機(jī)加劇和石油類燃料消耗的增加，如何提高燃料利用率，最大化利用燃料是近年來探討的重點(diǎn)課題[1]。發(fā)動機(jī)作為燃油消耗大戶，最大效率卻不超過42%[2]。而發(fā)動機(jī)中燃料燃燒產(chǎn)生的大部分熱量都被發(fā)動機(jī)排氣和冷卻液帶走。因此，如何合理回收這部分熱量成為近年來的熱點(diǎn)。目前已經(jīng)有很多方法被用于發(fā)動機(jī)余熱回收，例如熱電發(fā)電[3]，渦輪發(fā)電[4]，吸收/吸附式制冷[5]以及朗肯循環(huán)(RC)[6-7],其中朗肯循環(huán)是目前研究最多的。Yamada Noboru等[8]研究了簡單朗肯循環(huán)帶不帶冷凝器對熱效率的影響，結(jié)果顯示，帶冷凝器的RC，熱效率從2.9%提高到3.7%。Vaja Iacopo等[9]探討了只回收排氣余熱和同時回收排氣、冷卻水余熱的單回路RC，發(fā)現(xiàn)同時回收兩部分熱量，RC熱效率提高，但冷卻水回收率很低。舒歌群等[10-11]給原有的朗肯循環(huán)添加了一個回路形成雙回路朗肯循環(huán)，而后又在雙回路朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上添加回?zé)崞?，結(jié)果顯示雙回路朗肯循環(huán)對高溫排氣余熱回收更具優(yōu)勢，而回?zé)崞鞯奶砑訉Σ捎糜袡C(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)有明顯優(yōu)化作用。

工質(zhì)的不同對朗肯循環(huán)效率有非常大的影響，它們可以分為干工質(zhì)、濕工質(zhì)和等熵工質(zhì)，也可以分為普通工質(zhì)和有機(jī)工質(zhì)，還可以分為純工質(zhì)和混合工質(zhì)。Xinming Xi等[12]用非共沸混合工質(zhì)解決純工質(zhì)不變的相變溫度，結(jié)果顯示非共沸混合工質(zhì)的使用能明顯提高朗肯循環(huán)的凈輸出功。Hua Tian[13]、Gequn Shu[14]等研究了20種不同的工質(zhì)在朗肯循環(huán)中的表現(xiàn)，得到R123、 R141b和R245fa擁有最高的熱效率(在13.3%到16.6%之間)，相應(yīng)的凈輸出功為49～60 kJ/kg，而為了匹配排氣和工質(zhì)間的溫差，他們又采用烷烴作為朗肯循環(huán)工質(zhì)，發(fā)現(xiàn)烷烴具有良好的熱效率，高的凈輸出功和小的破壞率，但是需要采用小型渦輪機(jī)。

目前國內(nèi)外或僅回收發(fā)動機(jī)排氣余熱量，或通過單回路循環(huán)回收發(fā)動機(jī)排氣和冷卻水余熱量，但是這兩種方案對發(fā)動機(jī)余熱回收效率不高。為了解決這個問題，本文采用雙回路有機(jī)朗肯循環(huán)回收發(fā)動機(jī)排氣和冷卻水余熱，將排氣分為兩級回收，一部分由高溫回路回收，一部分由低溫回路回收，并通過對DORC高溫回路不同工質(zhì)的采用，分析DORC的熱力性能，以凈輸出功、熱效率和效率作為評判標(biāo)準(zhǔn)，找到適合本系統(tǒng)的工質(zhì)以及相應(yīng)的熱力參數(shù)。

1 頂循環(huán)和底循環(huán)

1.1 頂循環(huán)

本文采用6缸4沖程柴油發(fā)動機(jī)，其參數(shù)列在表1。排氣有關(guān)參數(shù)，例如比熱、比焓、比熵，可以通過相關(guān)方法計(jì)算[15]，例如比熵可以這樣計(jì)算：

sexh(T,P)=χCO2sCO2(T,P)+χH2OsH2O(T,P)+χO2sO2(T,P)+χN2sN2(T,P)。

(1)

表1 發(fā)動機(jī)主要參數(shù)
Tab.1 Main engine parameters

轉(zhuǎn)速/(r·min-1)輸出功/kW排氣溫度/℃排氣流量/(kg·h-1)冷卻水溫度/℃冷卻水流量/(L·min-1)700670430338000724290

1.2 底循環(huán)(有機(jī)朗肯循環(huán))

圖1 雙回路有機(jī)朗肯循環(huán)(DORC)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Configuration diagram of the dual-loop organic Rankine cycle (DORC) system

本文討論對廢氣一次回收的DORC(S1)[16]，如圖1所示。它包括一個高溫回路和一個低溫回路。高溫回路由一個蒸發(fā)器，一個渦輪，一個冷凝器和一個泵組成。低溫回路由兩個換熱器，一個渦輪，一個冷凝器，一個泵組成。高溫回路的熱力過程為④—①—②—③—④，相應(yīng)的T-s(溫度—熵)圖為圖2(a)，工質(zhì)進(jìn)入泵PHT，生成高壓流體，隨后進(jìn)入蒸發(fā)器EHT，被廢氣加熱成過熱蒸汽，進(jìn)入渦輪THT膨脹做功，變成低壓氣體，進(jìn)入冷凝器ELT, 2(低溫回路的蒸發(fā)器)被冷卻成液體，重新進(jìn)入泵PHT，開始新一輪的循環(huán)。而低溫回路，熱力過程為⑨—⑤—⑥—⑦—⑧—⑨，相應(yīng)的T-s圖為圖2(b)，工質(zhì)由泵PLT生成高壓流體，進(jìn)入加熱器ELT, 1中被發(fā)動機(jī)冷卻液預(yù)熱，隨后進(jìn)入蒸發(fā)器ELT, 2氣化，進(jìn)入渦輪TLT做功，最后經(jīng)過冷凝器CLT液化，又進(jìn)入泵PLT開始新一輪的循環(huán)。

(a) S1的高溫回路

(b) S1的低溫回路

圖2T-s圖
Fig.2T-sdiagram

2 建 模

在建模前，作以下假設(shè)：

①所有組分處于穩(wěn)定狀態(tài)；

②忽略管道和其他部分的熱損失、壓力損失；

③忽略動能和勢能；

④渦輪等熵效率為0.75，泵等熵效率為0.8。

Ei=m[(hi-h0)-T0(si-s0)]。

(2)

輸入功由排氣和冷卻水的輸入功、以及兩個泵的消耗功組成，輸出功則由兩個渦輪輸出功組成。

Ein=(EA-EC)+(ED-EE)+Wp，

(3)

Eout=Wr。

(4)

(5)

泵PHT：

WP,HT=mf,HT(h1-h4)。

(6)

蒸發(fā)器 EHT：

QE,HT=mf,HT(h2-h1)=mgcpg,HT(TA-TB)，

(7)

(8)

渦輪 THT：

WT,HT=mf,HT(h2-h3)。

(9)

冷凝器 CHT或蒸發(fā)器 ELT,2：

QC,HT=QE,LT,2=mf,HT(h3-h4)=mf,LT(h7-h6)，

(10)

(11)

泵 PLT：

WP,LT=mf,LT(h5-h9)。

(12)

加熱器 ELT,1：

QE,LT,1=mf,LT(h6-h5)，

(13)

(14)

渦輪 TLT：

WT,LT=mf,LT(h7-h8)。

(15)

冷凝器 CLT：

QC,LT=mf,LT(h8-h9)=mwcpw(TG-TF)。

(16)

總的凈輸出功:

Wnet=WT,HT+WT,LT-WP,HT-WP,LT。

(17)

系統(tǒng)熱效率：

(18)

A=AE,HT+AE,LT,1+AE,LT,2。

(19)

以上各式中：s為比熵；χ為百分比；E為值；m為質(zhì)量流量；h為比焓；W為功；η為效率；c為比熱容；Q為熱量；Ein為系統(tǒng)輸入；Eout為系統(tǒng)輸出；0為周圍環(huán)境；P為泵；T為渦輪；ηe為效率；ηth為熱效率；HT為高溫回路；LT為低溫回路；f為工質(zhì);E為蒸發(fā)器；g為發(fā)動機(jī)排氣；C為冷凝器；Wnet為凈輸出功；A為換熱面積；K為傳熱系數(shù)。

3 結(jié)果和討論

因?yàn)槔士涎h(huán)中高溫回路的各因素對整個系統(tǒng)的影響相對較大，故本文只討論高溫回路參數(shù)的影響。在發(fā)動機(jī)處于700 r/min時，通過不同參數(shù)的變化，討論Wnet、ηth、ηe三者的變化趨勢。受EHT所能承受的壓力限制，高溫蒸發(fā)壓力(Pevp,HT)最大值為7 MPa，并選用一個合適的Pevp, LT以幫助系統(tǒng)獲得最大的Wnet。而高溫回路的冷凝溫度受限于ELT, 2(CHT)中高溫回路工質(zhì)和低溫回路工質(zhì)的溫差，R123、R245fa、R141b和水在高溫回路的冷凝溫度分別為353 K，347 K， 348 K和369 K?；谂艢馑崧饵c(diǎn)考慮，排氣出口溫度定為121 ℃。

3.1 凈輸出功(Wnet)

圖3給出了隨著高溫蒸發(fā)壓力(Pevp,HT)和高溫渦輪入口溫度(T2)的變化時系統(tǒng)Wnet的變化。隨著Pevp,HT的升高， 所有工質(zhì)Wnet隨著Pevp,HT的升高而升高。這是因?yàn)殡S著Pevp, HT升高，渦輪出入口焓降快速增加，但是mf, HT持續(xù)下降，這兩個因素共同導(dǎo)致WT, HT先快速升高后平穩(wěn)增長。同時WP, HT也升高，故Wnet隨著Pevp, HT的升高，先快速增長，后平穩(wěn)增長。例如R123，Pevp, HT從1 MPa增至2 MPa時，Wnet增加11.83 kW，增至3 MPa時較2 MPa增加5.99 kW，最后到7 MPa時較6 MPa增加了0.79 kW。而隨著T2的升高，對濕工質(zhì)水而言，Wnet隨著T2的升高而升高，是因?yàn)門HT焓降增加，而mf,HT持續(xù)減少，WP,HT下降。mf,HT和T2共同影響了Wnet的變化趨勢。而對于干工質(zhì)R245fa和等熵工質(zhì)R123和R141b，隨著T2的升高，變化趨勢先于濕工質(zhì)一樣(7 MPa時，R123從74.11 kW持續(xù)增加到75.17 kW，R245fa從66.35 kW持續(xù)增加到68.47 kW，R141b從80.74 kW持續(xù)增加到81.76 kW)，當(dāng)工質(zhì)過熱程度加大后，高溫工質(zhì)在THT中焓降繼續(xù)增加，但是這時候mf,HT的減少占主導(dǎo)位置，WT下降，Wnet在T2和mf,HT的共同作用下，隨著工質(zhì)過熱情況加劇，系統(tǒng)性能惡化(7 MPa時，R123從75.17 kW持續(xù)下降至74.7 kW，R245fa從68.47 kW持續(xù)下降至67.93 kW，R141b從81.76 kW持續(xù)下降至81.58 kW)。系統(tǒng)熱力參數(shù)Pevp, HT在1～7 MPa和T2在480～680 K變化時，R123、R245fa、R141b和水的最大Wnet分別為75.17 kW(7 MPa，600 K)、68.47 kW(7 MPa，540 K)、81.76 kW(7 MPa，640 K)和95.44 kW(7 MPa，680 K)。

(a) R123

(b) R245fa

(c) R141b

(d) 水

圖3 系統(tǒng)Wnet隨Pevp, HT和T2的變化
Fig.3 Variation ofWnetwithPevp, HTandT2

3.2 熱效率(ηth)

圖4給出了隨著Pevp,HT和T2的變化，系統(tǒng)ηth的變化。隨著Pevp, HT升高，所有工質(zhì)的Wnet先快速升高，后緩慢上升，而mf, HT持續(xù)減少，QC, HT下降，故整體熱負(fù)荷下降，系統(tǒng)ηth先隨著Wnet的快速增長和整體熱負(fù)荷的下降而快速升高，后隨著Wnet的平穩(wěn)升高和整體熱負(fù)荷降低而穩(wěn)步升高，例如R123，Pevp, HT從1 MPa增至2 MPa時，ηth增加1.74%，增至3 MPa時較2 MPa增加0.91%，最后到7 MPa時較6 MPa增加了0.12%。隨著T2的升高，對濕工質(zhì)水而言，mf, HT持續(xù)下降，QC,HT下降，而Wnet持續(xù)增長，故ηth不斷增長。而對于干工質(zhì)R245fa和等熵工質(zhì)R123和R141b，先與濕工質(zhì)一樣隨著T2的升高，ηth升高(7 MPa時，R123從10.41%持續(xù)增加到10.58%，R245fa從9.21%持續(xù)增加到9.54%，R141b從11.47%持續(xù)增加到11.633%)，待工質(zhì)過熱后，渦輪的出口溫度升高，在mf, HT與渦輪的出口溫度的共同影響下QC, HT升高，系統(tǒng)總熱負(fù)荷升高，而此時Wnet也下降，故ηth下降(7 MPa時，R123從10.58%持續(xù)下降至10.51%，R245fa從9.54%持續(xù)下降至9.45%，R141b從11.63%持續(xù)下降至11.60%)。系統(tǒng)熱力參數(shù)Pevp, HT在1～7 MPa和T2在480～680 K變化時，R123、R245fa、R141b和水的最大ηth分別為10.58%(7 MPa，600 K)、9.54%(7 MPa，540 K)、11.63%(7 MPa，640 K)和13.84%(7 MPa，680 K)。

(a) R123

(b) R245fa

(c) R141b

(d) 水

圖4 系統(tǒng)熱效率隨Pevp, HT和T2的變化
Fig.4 Variation of thermal efficiency withPevp, HTandT2

圖5給出了隨著Pevp,HT和T2的變化，系統(tǒng)ηe的變化。隨著Pevp, HT的升高，ηe升高。這是因?yàn)殡S著Pevp, HT的升高，EHT的不可逆損失減小很多，同時THT的不可逆損失增大，這兩個因素共同影響了ηe，在本文選取的Pevp, HT的變化范圍內(nèi)，EHT的不可逆損失減小量大于THT的不可逆損失增加量，故系統(tǒng)ηe如圖5所示隨著Pevp, HT的升高而升高，例如R123，Pevp, HT從1 MPa增至2 MPa時，ηe增加7.53%，增至3 MPa時較2 MPa增加3.97%，最后到7 MPa時較6 MPa增加了0.87%。而隨著T2的升高，對濕工質(zhì)水而言，mf, HT下降，WP,HT下降，Ein下降，WT,.HT一直升高，故系統(tǒng)的ηe隨著T2的升高而升高。而對于干工質(zhì)和等熵工質(zhì)，WT,HT先升高后下降，故ηe隨著WP,HT和WT的變化而變化，先升高后下降(7 MPa時，R123從52.22%持續(xù)增加到52.42%隨后一直下降至51.69%，R245fa從48.12%持續(xù)增加到48.63%隨后一直下降至47.77%，R141b從55.72%增加到56.00%隨后一直下降至55.66%)。 系統(tǒng)熱力參數(shù)Pevp, HT在1～7 MPa和T2在480～680 K變化時，R123、R245fa、R141b和水的最大ηe分別為52.42%(7 MPa，580 K)、48.63%(7 MPa，520 K)、56.00%(7 MPa，600 K)和63.20%(7 MPa，680 K)。

(a) R123

(b) R245fa

(c) R141b

(d) 水

圖5 系統(tǒng)效率隨Pevp, HT和T2的變化
Fig.5 Variation of exergy efficiency withPevp, HTandT2

3.4 換熱面積(A)

圖6比較了R123、R245fa、R141b和水在以上結(jié)果分析中達(dá)到最大凈輸出功時，它們對應(yīng)的單位換熱面積凈輸出功(Wnet/A)大小。它們的理論換熱面積分別為21.77 m2、24.56 m2、22.93 m2和55.93 m2，對應(yīng)的單位換熱面積的凈功量分別為6.39 kW/m2、4.70 kW/m2、6.32 kW/m2和2.08 kW/m2。這是因?yàn)閷τ跐窆べ|(zhì)水而言，過熱越大，系統(tǒng)性能越好，但是水蒸氣過熱度越大，需要的換熱面積就越大，所以水的換熱面積最大。而對于等熵工質(zhì)R123和R141b以及干工質(zhì)R245fa而言，過熱度并無好處，甚至有壞處，所以在各自獲得最大凈輸出功的情況下，R123、R141b和R245fa的換熱面積明顯小于水，故后三者的單位換熱面積的凈功量明顯大于水，R123的值最大，為6.39 kW/m2。

圖6 四種工質(zhì)單位面積凈輸出功Fig.6 Wnet of per unit heat transfer area(Wnet∶A) of four working fluids

3.5 討論

通過圖3～6的數(shù)據(jù)可以得出，本文通過改變雙回路朗肯循環(huán)高溫回路蒸發(fā)壓力和渦輪入口溫度，找到最適合系統(tǒng)的Pevp, HT和T2，通過換熱面積的計(jì)算和比較，從R123、R245fa、R141b和水中找到最適合系統(tǒng)的工質(zhì)。與已有的相關(guān)研究[10]相比，本文不僅僅只是討論參數(shù)優(yōu)化，而是結(jié)合了換熱面積綜合討論系統(tǒng)的最優(yōu)配置，使系統(tǒng)在性能和成本上獲得相應(yīng)的優(yōu)化。

4 結(jié) 論

本文通過對DORC高溫回路的蒸發(fā)壓力和渦輪入口溫度的研究，分析了包括R123、R245fa、R141b和水在內(nèi)四種工質(zhì)的熱力表現(xiàn)，得到了以下結(jié)論：

②考慮系統(tǒng)的換熱面積，從單位換熱面積的凈功量出發(fā)，R123是四種工質(zhì)中最理想的工質(zhì)，對應(yīng)的單位換熱面積的凈功量為6.39 kW/m2。

③無論是干工質(zhì)R245fa、等熵工質(zhì)R123和R141b，還是濕工質(zhì)水，高溫回路蒸發(fā)壓力越大，系統(tǒng)性能越好。

④當(dāng)工質(zhì)被加熱成過熱氣體后再進(jìn)入渦輪做功，對于采用濕工質(zhì)的系統(tǒng)性能提高效果明顯，而對干工質(zhì)和等熵工質(zhì)而言，并無優(yōu)化作用，甚至還有惡化系統(tǒng)性能的影響。

[1] 粟重怡， 黃惠蘭， 王耀東，等.某紙廠能源利用的優(yōu)化與廢料再利用分析[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015,40(3):651-659.

[2] 周龍保，劉忠長，高宗英.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M]. 3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3] 羅琦.基于熱電效應(yīng)工業(yè)回轉(zhuǎn)窯余熱回收利用的研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[4] 呂登科.基于朗肯循環(huán)的發(fā)動機(jī)廢氣能量回收利用研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2009.

[5] 龍佳慶，韋超毅.基于吸收式制冷循環(huán)的船舶余熱回收系統(tǒng)性能研究[J]. 小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù),2015,44(2):29-32.

[6] 方金莉， 魏名山， 王瑞君，等.采用中溫有機(jī)朗肯循環(huán)回收重型柴油機(jī)排氣余熱的模擬[J]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報，2010,28(4):362-367.

[7] 楊富，董小瑞，王震，等.發(fā)動機(jī)兩級有機(jī)朗肯循環(huán)尾氣余熱回收系統(tǒng)的研究[J]. 車用發(fā)動機(jī)，2013(5):27-32.

[8] YAMADA N, MOHAMAD M N A.Efficiency of hydrogen internal combustion engine combined with open steam Rankine cycle recovering water and waste heat[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(3):1430-1442.

[9] VAJA I, GAMBAROTTA A.Internal Combustion Engine (ICE) bottoming with Organic Rankine Cycles (ORCs)[J]. Energy, 2010, 35(2):1084-1093.

[10]舒歌群，劉麗娜，田華，等.梯級回收發(fā)動機(jī)多品味余熱的新型雙朗肯循環(huán)[J]. 天津大學(xué)學(xué)報，2013,46(10):857-861.

[11]SHU G, LIU L, TIAN H, et al.Analysis of regenerative dual-loop organic Rankine cycles (DORCs) used in engine waste heat recovery[J]. Energy Conversion and Management, 2013, 76(6): 234-243.

[12]XI X, ZHOU Y, GUO C, et al.Characteristics of organic rankine cycles with zeotropic mixture for heat recovery of exhaust gas of boiler[J]. Energy Procedia, 2015, 75:1093-1101.

[13]TIAN H, SHU G, WEI G, et al.Fluids and parameters optimization for the organic Rankine cycles (ORCs) used in exhaust heat recovery of Internal Combustion Engine (ICE)[J]. Energy, 2012, 47(1):125-136.

[14]SHU G, LI X, TIAN H, et al.Alkanes as working fluids for high-temperature exhaust heat recovery of diesel engine using organic Rankine cycle[J]. Applied Energy, 2014, 119(15):204-217.

[15]POLING B E, PRAUSNITZ J M, O’CONNELL J P.The properties of gases and liquids[C]. 5thed.New York: McGraw-Hill, 2001.

[16]SONG J, GU C.Parametric analysis of a dual loop Organic Rankine Cycle (ORC) system for engine waste heat recovery[J]. Energy Conversion and Management, 2015, 105:995-1005.

(責(zé)任編輯 梁 健)

Performance analysis and parameters optimization of dual-loop Rankine cycle of engine

ZHU Juan1, HUANG Hao-zhong1, DENG Wei1, MO Huang-yan2

(1.College of Mechanical Engineering，Guangxi University, Nanning 530004，China;2.Library of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022，China)

In order to improve the recovery rate of waste heat of the dual-loop organic Rankine cycle (DORC) used in engine waste heat recovery, the model of this cycle including evaporator, turbine, condenser and pump is established by using the first law of thermodynamics. Based on this model, the influences of working fluid of high-temperature loop (R123, R245fa, R141b and water), evaporation pressure (1～7 MPa) and the turbine inlet temperature (480～680 K) on the engine heat recovery system performance are studied. Net output power, thermal efficiency, and exergy efficiency are selected as the objective functions to find the optimal working fluid and thermodynamic parameters. Results show that the increase of the evaporation pressure of high temperature loop can obviously optimize all working fluids. Overheating is good for wet working fluid and not good for dry working fluid and is entropic working fluid, even has bad impact. Water-based system performs the best and the net output power, the thermal efficiency, and the exergy efficiency are 95.44 kW、13.84% and 63.20%, respectively. Considering of heat transfer area, R123 is the best working fluid, the net output power of per heat transfer area is 6.39 kW/m2.

engine; waste heat recovery; dual-loop organic Rankine cycle (DORC); parameters optimization

2016-07-14；

2016-09-20

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃(桂科攻1598007-44，桂科攻1598007-45)；廣西高等學(xué)校優(yōu)秀中青年骨干教師培養(yǎng)工程資助項(xiàng)目(桂教人(2013)16號)

黃豪中(1976—)，男，廣西鐘山人，廣西大學(xué)教授，博士；E-mail：hhz421@gxu.edu.cn。

朱鵑，黃豪中，鄧偉，等.發(fā)動機(jī)雙回路朗肯循環(huán)的性能分析和參數(shù)優(yōu)化[J].廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，41(6)：1815-1823.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1815

TK11+5

A

1001-7445(2016)06-1815-09