基于有機朗肯循環(huán)的廢氣發(fā)電技術的研究

（優(yōu)選）基于有機朗肯循環(huán)的廢氣發(fā)電技術的研究現(xiàn)在是1頁\一共有45頁\編輯于星期五第一章緒論從上表中可以看出，發(fā)動機對外輸出的有用功只占燃料燃燒總能量的三分之一左右；這就意味著三分之二的能量通過排氣、冷卻水、潤滑油等途徑散失掉。其中排氣散失的能量所占的比例較大，且研究表明高溫排氣能量品質較高，能將汽車尾氣能量轉換為機械能、電能并用于發(fā)動機的動力輸出，可以有效減少燃油消耗率，從而在一定程度上提高能源利用效率，達到節(jié)約能源的目的?，F(xiàn)在是2頁\一共有45頁\編輯于星期五1.目前主流的余熱利用方法簡介①溫差發(fā)電是基于熱電材料的塞貝克效應發(fā)展起來的一種發(fā)電技術。塞貝克效應，指當在半導體材料的兩端存在溫度差而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，其原理表述如下：在A、B兩種導體連接而成的閉合回路中，如果兩個結點存在溫度差(T1≠T2)，就有電動勢產(chǎn)生，這種電動勢被稱為賽貝克電動勢或溫差電動勢。②

余熱制冷空調即利用發(fā)動機排氣廢熱作為車用制冷空調的驅動熱源，是當前車用制冷空調技術主要的發(fā)展方向，同時也具有很高的實用價值。其工作原理是：吸附劑對某種制冷劑具有吸附作用。吸附能力隨吸附溫度的不同而不同。周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸。吸附時，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用；解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之凝為液體。③廢氣渦輪增壓技術④朗肯循環(huán)余熱利用技術現(xiàn)在是3頁\一共有45頁\編輯于星期五2.目前幾種主要的余熱利用方式比較現(xiàn)在是4頁\一共有45頁\編輯于星期五3.余熱利用實例寶馬雙循環(huán)系統(tǒng)雙循環(huán)指的是由以水為工質的高溫朗肯循環(huán)和以乙醇為工質的的低溫朗肯循環(huán)組成，這樣可達到對廢氣余能實現(xiàn)極大化回收利用的目的。在系統(tǒng)的高溫循環(huán)中，工質水進入蒸發(fā)器然后通過過熱器，工質水吸收廢氣余熱最終變成過熱狀態(tài)的蒸汽，高溫高壓的水蒸氣再通過高溫膨脹機械實現(xiàn)對外輸出做功，做功后的乏氣進入高溫冷凝器實現(xiàn)自身的冷凝的同時，將熱量傳遞給低溫循環(huán)，冷凝后的工質水再通過工質泵返回高溫蒸發(fā)器，開始下一次循環(huán)；低溫循環(huán)的工作過程與高溫循環(huán)相類似。在該套系統(tǒng)中，在排氣廢熱與雙循環(huán)工質的進行熱量交換的同時，低溫循環(huán)對高溫循環(huán)的工質的潛熱進行了回收利用，有效地提高了廢氣余熱的回收效率。

現(xiàn)在是5頁\一共有45頁\編輯于星期五安裝雙循環(huán)系統(tǒng)的效果圖1.8是加裝和不加裝余熱回收系統(tǒng)下發(fā)動機排氣管各點處的排氣溫度：發(fā)動機初始排氣溫度很高，可達到700～800℃，相差不大；而加裝余熱回收系統(tǒng)使得發(fā)動機排到環(huán)境中的廢氣溫度發(fā)生了明顯的變化，由400℃左右下降為100℃左右，這說明雙循環(huán)余熱回收系統(tǒng)可以有效地回收發(fā)動機廢氣余熱?，F(xiàn)在是6頁\一共有45頁\編輯于星期五第二章朗肯循環(huán)熱力學計算和理論分析1.水和有機工質作為工作介質的比較圖5（a）是水作為工作介質的溫熵圖，其中的3-4s為理想做功過程，3-4為實際做功過程，可以看出水做工質時，膨脹過程是趨向濕蒸汽區(qū)域的，如果余熱溫度不高的情況下，3狀態(tài)點溫度很難提高，其做功曲線就會與干濕蒸汽分界線相交而使得4狀態(tài)點處于濕蒸汽區(qū)域內(nèi)。這樣就必須采取再熱或者抽氣閃蒸等技術手段來防止做功完畢過熱蒸汽變成濕蒸汽，使得發(fā)電的成本和工藝的復雜性提高。現(xiàn)在是7頁\一共有45頁\編輯于星期五圖5（b）為有機工質作為工作介質的溫熵圖，其中有機工質的做工過程為3-4，顯然其做工膨脹過程趨向過熱蒸汽區(qū)域，即：工質越膨脹越干燥，在透平機械中膨脹做功而不會變?yōu)闈裾羝?。并?狀態(tài)點是處于飽和蒸汽狀態(tài)點，所以有機工質無需過熱，這樣有機工質就不會對透平機械的葉片帶來沖擊或腐蝕的危害?，F(xiàn)在是8頁\一共有45頁\編輯于星期五有機工質和水作為工作介質的優(yōu)勢對比雖然使用補汽輪機和閃蒸技術的以及優(yōu)化整個系統(tǒng)用熱方式，以水為工質的余熱利用系統(tǒng)效率可提高20~30%左右，目前可達到38~42kWh/，但基于水本身特性，在中低溫條件下，其余熱回收效率不可能再有很大的提升。相比較水作為工質，使用有機工質的主要優(yōu)勢可以歸納為：a)有機工質沸點很低，極易產(chǎn)生高壓蒸汽。b)有機工質的蒸發(fā)潛熱比水小很多，因此中低溫情況下熱回收率高。c)有機工質的冷凝壓力接近或稍大于大氣壓，工質泄露可能性小，無需復雜的真空系統(tǒng)。d)有機工質凝固點很低(低于-73℃)，這就允許它在較中低溫度下仍能釋放出能量。這樣做，在寒冷天氣可增加出力，冷凝器也不需要增加防凍設施。e)由于有機工質本身的特性，系統(tǒng)的工作壓力低，約1.5MPa，管道工藝要求低。f)有機工質基本都是等熵工質或干流體，無需過熱處理，不會在有水滴在高速情況下對透平機械的葉片造成沖擊損害，也不會腐蝕透平機械。現(xiàn)在是9頁\一共有45頁\編輯于星期五2.采用混合工質優(yōu)點為了使工質溫度變化趨勢更貼近余熱源，減少換熱不可逆損失，有機朗肯循環(huán)還可以采用混合工，利用混合工質的非共沸特性：其相變時存在明顯的溫度滑移，如圖6（b）中所示，蒸發(fā)曲線3-4為向右上傾斜的斜線，而不是單一純工質狀態(tài)下的斜率為0的水平線（圖6（a）），因此工質的等溫蒸發(fā)吸熱過程與熱源的配合緊密，換熱平均溫差小，而使其換熱不可逆損失降低。

現(xiàn)在是10頁\一共有45頁\編輯于星期五3.理想狀態(tài)朗肯循環(huán)主要過程理想狀態(tài)朗肯循環(huán)主要包括以下4個過程：其中，3-4過程表示工質在工質泵中的等熵壓縮過程；4-1過程表示工質在蒸發(fā)器中的等壓加熱過程；1-2過程表示工質在膨脹機械中的等熵膨脹過程；2-3過程表示工質在冷凝器中的等壓放熱過程。

現(xiàn)在是11頁\一共有45頁\編輯于星期五4.理想狀態(tài)下朗肯循環(huán)的具體運行過程如下：

（1）等壓加熱：過冷態(tài)工質在工質泵的作用下流入蒸發(fā)器，恒壓條件下與廢氣熱源進行熱量交換。在此過程中工質經(jīng)歷了預熱，蒸發(fā)，過熱三個階段，對應圖中4-1過程。在蒸發(fā)器中，工質吸收熱量最終成為過熱蒸汽。（2）等熵膨脹：過熱蒸汽進入膨脹機械膨脹對外輸出做功。相對于對外輸出功量，工質的散熱損失可忽略不計，故可將該膨脹過程視為絕熱過程，對應圖中1-2過程。在膨脹機械中，工質蒸汽的熱能轉化為機械能。（3）等壓放熱：流出膨脹機械的工質乏氣的溫度與壓力均有所下降，接著流入冷凝器進行定壓冷凝，對應圖中2-3過程。在冷凝器中，工質蒸汽對外放熱冷凝成為飽和液態(tài)。（4）等熵壓縮：冷凝后的液態(tài)工質在工質泵中進行加壓，同樣地可以忽略散熱損失，故也可認為此壓縮過程為絕熱過程，對應圖中的3-4過程。工質泵將工質增壓至蒸發(fā)壓力，將其并送入蒸發(fā)器，自此完成一次完整的朗肯循環(huán)?，F(xiàn)在是12頁\一共有45頁\編輯于星期五5.朗肯循環(huán)的熱力分析計算

現(xiàn)在是13頁\一共有45頁\編輯于星期五6.實際朗肯循環(huán)熱力學分析由于不可逆因素的存在，使得朗肯循環(huán)過程存在著各種火用損失，其中火用損失主要包括：廢熱源向工質傳熱過程中產(chǎn)生的火用損，熱量散失到環(huán)境中產(chǎn)生的火用損，以及膨脹機械的摩擦損失產(chǎn)生的火用損。現(xiàn)在是14頁\一共有45頁\編輯于星期五7.朗肯循環(huán)熱力學計算總計小結通過對朗肯循環(huán)進行火用分析，我們可以看出朗肯循環(huán)系統(tǒng)的四個過程均為不可逆過程。在上述不可逆過程中，摩擦損失與溫差傳熱損失是主要的不可逆因素。特別是過熱蒸汽在渦輪機中絕熱膨脹做功與理想可逆過程具有較為明顯的差別；同時工質泵與膨脹機械工作時所產(chǎn)生的機械損失也會損耗一部分有用能。因此實際系統(tǒng)熱效率會低于理想條件下的熱效率。為降低系統(tǒng)火用損失，提高其作功能力，可從以下兩個方面考慮：一方面選用高效傳熱的蒸發(fā)器和冷凝器；另一方面設計開發(fā)適合工質的膨脹機械。現(xiàn)在是15頁\一共有45頁\編輯于星期五8.工作運行參數(shù)對朗肯循環(huán)效率的影響（1）蒸發(fā)器出口溫度對熱效率的影響由圖2.5可知，在蒸發(fā)與冷凝壓力一定時，提高工質的蒸發(fā)器出口溫度可使系統(tǒng)熱效率增大。這是由于當蒸發(fā)溫度由1提高到1‘點時，平均吸熱溫度隨之提高，使得循環(huán)溫差增大，從而提高循環(huán)熱效率。另外，循環(huán)工質在膨脹終點的干度隨著蒸發(fā)溫度的提高而增大，而干度的增大有利于提高膨脹機械的性能，并延長其使用壽命。但蒸發(fā)溫度的提高是有限的：一方面受到設備材料的耐熱性能的限制。另一方面，提高蒸發(fā)溫度可能使工質在膨脹終點處于過熱狀態(tài)，此時膨脹后的工質蒸汽仍具有較高的能量未被充分利用，反而會增加冷凝器的熱負荷?，F(xiàn)在是16頁\一共有45頁\編輯于星期五（2）蒸發(fā)壓力對熱效率的影響圖2.6可看出，在蒸發(fā)溫度和冷凝壓力一定時，系統(tǒng)效率隨著蒸發(fā)壓力升高而增大。當蒸發(fā)壓力由P升高P‘時，平均吸熱溫度升高，從而使得朗肯循環(huán)的平均溫差增大。根據(jù)等效卡諾效率的概念可知，平均溫差越大，系統(tǒng)效率就越高。所以循環(huán)的熱效率隨著蒸發(fā)壓力的提高而提高。過度地提高蒸發(fā)壓力也會對系統(tǒng)產(chǎn)生一些不利影響。例如膨脹機械的機械強度問題。而在蒸發(fā)壓力提高的同時，乏汽的干度會相應降低，乏汽中所含液態(tài)相工質的增加，不但會使膨脹機械的工作性能降低，而且由于液滴的沖擊，會使膨脹機械的使用壽命大大減少。所以在保證乏氣干度滿足安全要求的前提下應盡可能提高蒸發(fā)壓力，使得系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運行條件下得到更高的循環(huán)熱效率。

現(xiàn)在是17頁\一共有45頁\編輯于星期五(3)冷凝壓力對熱效率的影響由圖2.7所示，在相同的蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)壓力下，系統(tǒng)熱效率隨著冷凝壓力的降低而增大。當冷凝壓力由P降低為P‘時，平均放熱溫度隨之降低，從而使得循環(huán)溫差增大，從而使得系統(tǒng)熱效率增大。同樣考慮到實際運用，不能通過一味地降低冷凝壓力來獲得更高的熱效率。這是因為工質飽和溫度與飽和壓力是一一對應的，降低冷凝壓力勢必會導致冷凝器中的飽和溫度降低，而飽和溫度需要高于環(huán)境溫度，才能保證系統(tǒng)的正常運行；其次，為了防止管路產(chǎn)生負壓、滲入雜質系統(tǒng)管路中的壓力一般高于環(huán)境壓力，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。此外，冷凝壓力的降低同樣會使乏氣的干度減小，所以應適當降低冷凝壓力獲得較高的熱效率同時避免液滴沖擊的產(chǎn)生。

現(xiàn)在是18頁\一共有45頁\編輯于星期五9.小結綜上所述適當?shù)模偬岣叱鯌B(tài)參數(shù)蒸發(fā)器出口溫度，②增加蒸發(fā)壓力③降低冷凝壓力，可以有效提高系統(tǒng)循環(huán)熱效率，改善循環(huán)的性能?，F(xiàn)在是19頁\一共有45頁\編輯于星期五10.帶回熱的朗肯循環(huán)介紹現(xiàn)在是20頁\一共有45頁\編輯于星期五在朗肯循環(huán)實際運行過程中，過熱蒸汽經(jīng)過不可逆的絕熱膨脹作功后，熵值將會增大，使得從膨脹機械中流出的乏氣仍處于過熱狀態(tài)，這說明乏氣中仍有一部分能量未被完全利用。若使其直接進入冷凝器中冷凝，不僅會白白浪費這部分能量，還會增大冷凝器的熱負荷，同時由于過熱狀態(tài)的乏氣溫度遠高于冷凝溫度，使得冷凝器內(nèi)由傳熱溫差引起的不可逆損失增加。這種現(xiàn)象在有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)運行時更為明顯。圖2.9為有回熱的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的溫熵圖。相對于未加回熱的朗肯循環(huán)的溫熵圖，增加了回熱器中的兩個過程：過冷工質等壓吸熱4-b過程與過熱乏氣的等壓放熱2-a過程，此外工質在蒸發(fā)器中的吸熱過程為b-1，在冷凝器中放熱過程為a-3?，F(xiàn)在是21頁\一共有45頁\編輯于星期五現(xiàn)在是22頁\一共有45頁\編輯于星期五11.帶回熱的朗肯循環(huán)優(yōu)缺點優(yōu)點:通過設置回熱器回收過熱乏氣的熱量，用來加熱進入蒸發(fā)器的過冷工質，從而在工質膨脹對外作相同功的條件下，使得工質在蒸發(fā)器吸收的熱量減少，由熱效率公式可知，Wt不變，Q1減少，系統(tǒng)熱效率增加；同時考慮到工質進入冷凝器溫度的降低，冷凝器的傳熱溫差和火用損失也隨之減少，這也會使系統(tǒng)熱效率有所提高。缺點：設置回熱器使系統(tǒng)結構更為復雜，增加了成本?，F(xiàn)在是23頁\一共有45頁\編輯于星期五第三章廢氣能量回收潛力分析與朗肯循環(huán)工質選擇1.發(fā)動機的熱平衡分析

發(fā)動機的熱平衡，是指發(fā)動機在具體工作過程中進入氣缸的燃料完全燃燒時所能放出的能量流向。依據(jù)質量與能量守恒定律可知，進入發(fā)動機的能量應等于流出發(fā)動機的能量，即發(fā)動機內(nèi)的能量流動不會影響到能量平衡。

現(xiàn)在是24頁\一共有45頁\編輯于星期五2.廢棄成分分析發(fā)動機的主要排氣污染物包括，氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、未燃碳氫（HC）以及排氣微粒（PM）四種發(fā)動機廢氣成分的計算；柴油作為一種包含碳、氫、氧的化石燃料，其平均分子式可以表示為。分析可知，柴油中的C、H、O三種元素的質量比為0.870：0.126：0.004。假設柴油完全燃燒時只有水和二氧化碳生成，故柴油發(fā)動機的排氣由二氧化碳，水，未參加反應的氮氣和剩余的氧氣組成。由反應物和生成物的原子守恒，可以寫出柴油在完全燃燒反應時的化學方程式3-8，可得出生成物中二氧化碳和水蒸氣的質量分數(shù)為72.4%和27.6%。根據(jù)上述方程式，可求出單位質量的燃料完全燃燒時的所需空氣量L0為：現(xiàn)在是25頁\一共有45頁\編輯于星期五從進氣量方面考慮，已知柴油機的理論空燃比α0約為14.3，假定實際的空燃比為α，此時柴油機排放物的質量百分比分別根據(jù)以下計算公式求得。現(xiàn)在是26頁\一共有45頁\編輯于星期五3.發(fā)動機排氣熱物性參數(shù)計算（1）定壓比熱（2）比焓與比熵（3）密度（4）粘度（5）導熱系數(shù)（6）普朗特數(shù)現(xiàn)在是27頁\一共有45頁\編輯于星期五4.廢氣能量回收潛力分析燃料燃燒所產(chǎn)生的能量包括：發(fā)動機輸出有效功、隨尾氣排放掉的能量、被冷卻水或冷卻液吸收的能量等。雖然冷卻液或冷卻水帶走了很大部分熱量，但系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境溫差小，這部分熱量所能轉化成有用功的的品質很低，因而很難被利用?，F(xiàn)在是28頁\一共有45頁\編輯于星期五現(xiàn)在是29頁\一共有45頁\編輯于星期五發(fā)動機在中高轉速工況運行時，排氣溫度與排氣流量均有所增加。在這兩種因素的共同作用下，排氣火用值隨轉速升高而增大，也就意味著由排氣能量可以轉化更多的有用能。排氣能量約占燃料總能量的1/3。而排氣的有用能占排氣總能量的40%左右，只有這部分可以轉化為對外輸出的有用功。相對于溫度較低的發(fā)動機冷卻水，廢氣能量的品質較高，具有很高的利用價值?，F(xiàn)在是30頁\一共有45頁\編輯于星期五5.工質的分類與選擇原則

一套系統(tǒng)必須選擇合適的工質，而且隨著選擇的工質不同，計算時熱力學參數(shù)的選擇會不同，系統(tǒng)的結構選擇以及最終的轉化效率也會不同。工質的干濕性是由工質在溫熵圖上的飽和蒸汽線（臨界點右側飽和曲線）的斜率（dT/ds）大小所決定。由此可定義飽和蒸汽線的斜率的倒數(shù)（ξ=ds/dT）為工質的干濕性。根據(jù)不同的ξ值，可將工質分為以下三種類型：濕工質、干工質以及等熵工質。若ξ>0，則為干工質；若ξ<0，則為濕工質；若ξ=0，則為等熵工質。三種工質的溫熵圖如圖3.5～3.7所示，圖中CP點表示工質的臨界點；L和V分別表示工質的液態(tài)和氣態(tài)?，F(xiàn)在是31頁\一共有45頁\編輯于星期五工質的選擇原則通常包括以下七個方面：（1）無毒，不易燃易爆并與熱力設備良好兼容性。（2）工質對環(huán)境的危害較小。要求消耗臭氧潛能值ODP（OzoneDepletionPotential）＝0，全球變暖潛能值GWP（GlobalWarmingPotential）＜150。此外，要求在大氣中的壽命應盡可能短。（3）熱穩(wěn)定性好，即高溫高壓條件下不易分解變質。（4）三相點應低于系統(tǒng)運行的最低溫度，以防止系統(tǒng)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。（5）沸點溫度適中。避免蒸發(fā)時壓力過高，冷凝時壓力過低。（6）定壓比熱小，密度大，導熱系數(shù)大；（7）價格低廉，容易獲取。現(xiàn)在是32頁\一共有45頁\編輯于星期五6.循環(huán)工質熱物性參數(shù)的對比

（1）循環(huán)參數(shù)對系統(tǒng)熱效率的影響①渦輪進口溫度：由圖3.8可知，對于工質水來說，其系統(tǒng)熱效率隨著渦輪進口溫度的上升而呈現(xiàn)上升趨勢，并遠高于其它有機工質。但水蒸氣膨脹做功會有液滴產(chǎn)生，使渦輪機械葉片損壞。對于有機工質來說，隨著渦輪進口溫度的升高，系統(tǒng)的熱效率變化不大或略微下降。分析可知，有機工質的飽和蒸汽狀態(tài)點為其最高循環(huán)效率點。這樣就無需設置過熱器，可以簡化換熱器的設計；與之相反，以水作為工質的系統(tǒng)可以通過提高過熱度使系統(tǒng)熱效率得到提高。需要注意的是過分追求過熱度會帶來換熱器選材、設計困難，冷凝器熱負荷過大等諸多問題。此外，工質的工作溫度須控制在特定范圍之內(nèi)，以防止發(fā)生分解變質?，F(xiàn)在是33頁\一共有45頁\編輯于星期五②蒸發(fā)壓力：隨著蒸發(fā)壓力的提高，水和R123的系統(tǒng)熱效率均有不同程度的提高。對于水來說，當蒸發(fā)壓力由1MPa增至8MPa時，系統(tǒng)熱效率幾乎提高了一倍，可達到30%左右；而對于R123，系統(tǒng)熱效率隨蒸發(fā)壓力變化也呈現(xiàn)相似的趨勢，當蒸發(fā)壓力為3MPa時可達到20%。這是因為隨著工質蒸發(fā)壓力的升高，雖然工質會吸收更多熱量，同時輸出功量也會增加，因此系統(tǒng)的熱效率增加。然而，提高蒸發(fā)壓力也是有限度的：一方面受到工質的熱穩(wěn)定性的限制；另一方面受到選材、熱力設備設計等限制。現(xiàn)在是34頁\一共有45頁\編輯于星期五③冷凝溫度：水和R123的理想朗肯循環(huán)熱效率與工質的冷凝溫度的變化情況：由圖可知，水和R123兩種工質的熱效率呈現(xiàn)線性負相關。當工質的蒸發(fā)壓力與冷凝溫度相同時，前者系統(tǒng)熱效率高于后者，這是由水的沸點較高所決定的。此外，環(huán)境溫度一定程度上限制并影響著冷凝溫所以環(huán)境溫度的變化也會對系統(tǒng)熱效率造成影響。冬季時環(huán)境溫度較低，系統(tǒng)具有較高的熱效率，這是由于平均循環(huán)溫差增大的緣故。現(xiàn)在是35頁\一共有45頁\編輯于星期五（2）循環(huán)參數(shù)對火用損失的影響：影響系統(tǒng)火用損失的因素主要包括：工質蒸發(fā)和冷凝過程中的焓變，廢氣的平均溫度以及環(huán)境溫度。由圖3.13可知，當渦輪機進口溫度升高時，有機工質的系統(tǒng)熱效率基本保持不變；但系統(tǒng)的火用損失隨之增大，表明了過熱會對有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的性能造成不利影響。雖然水的熱效率高與R123，但是其火用損失也相對較高，這是由于水的汽化潛熱要高于有機工質?，F(xiàn)在是36頁\一共有45頁\編輯于星期五（3）循環(huán)參數(shù)對質量流量的影響

圖3.14與3.15為當系統(tǒng)輸出1kW凈功時，兩種工質的質量流量隨渦輪進口溫度和蒸發(fā)壓力的變化規(guī)律。在過熱度、冷凝溫度一定條件下，提高蒸發(fā)壓力或渦輪機進口溫度，可使工質膨脹過程的比焓降變大，則回收1kW所需的工質質量流量變小。而水膨脹過程的比焓降較大，蒸發(fā)壓力與渦輪進口溫度的變化對其比焓降影響較小，因此水的質量流量變化不明顯。由圖3.14與3.15還可以看出，相對于水，使用R123的系統(tǒng)輸出1kW凈功時需要更大的流量，因而必須采用較大尺寸的熱力設備來減小壓降；而工質的質量流量過小，則面臨著熱力設備制造方面的困難?，F(xiàn)在是37頁\一共有45頁\編輯于星期五第4章朗肯循環(huán)熱力設備設計計算

以R123作為循環(huán)工質為例，考慮到系統(tǒng)熱效率和各熱力設備的結構設計難度和成本等問題，按照以下原則選取朗肯循環(huán)的運行參數(shù)：（1）換熱器可承受最大工作壓力為2.5MPa，為使循環(huán)效率最大去蒸發(fā)壓力為2.4MPa。R123對應蒸發(fā)壓力的飽和溫度為157.7℃，為保證工質能夠完全汽化成為飽和氣態(tài)，取蒸發(fā)溫度為160℃，使得工質有適度的過熱。（2）保證工質冷凝溫度高于環(huán)境溫度，并使低壓管路中不產(chǎn)生負壓，確定冷凝壓力為0.3MPa，對應工質的冷凝溫度為60℃（3）渦輪機的膨脹比按最佳膨脹比8：1選取?，F(xiàn)在是38頁\一共有45頁\編輯于星期五1.蒸發(fā)器設計

蒸發(fā)器的作用是為循環(huán)工質與發(fā)動機廢氣提供熱量交換的場所，根據(jù)傳熱表面結構特點可分為：管式換熱器（管殼式換熱器）板式換熱器等其中，管殼式換熱器通過其內(nèi)部結構讓兩種流體分別從管程與殼程流過進行熱量交換。管殼式換熱器以其結構簡單，可靠性好以及可承受較高的工作溫度與壓力等優(yōu)點得到了最為廣泛的應用。在朗肯循環(huán)中，工質的工作壓力通常較高，故使其在管程流動；而發(fā)動機廢氣的壓力不高且較清潔，適合在殼程中流動。當氣體在殼程中流動，氣體側的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)成為制約著換熱器總傳熱系數(shù)的提高主要因素。為提高總傳熱系數(shù)，通常通過在氣體側加裝不同形式的肋片來提高總傳熱系數(shù)。因此，本文采用管殼式換熱器作為蒸發(fā)器，并采用加裝環(huán)形肋片的方法來強化傳熱。熱管效率更高現(xiàn)在是39頁\一共有45頁\編輯于星期五2.蒸發(fā)器傳熱計算：蒸發(fā)器的傳熱計算內(nèi)容主要包括對換熱量和工質流量、定性溫度、平均溫差等參數(shù)的計算?，F(xiàn)在是40頁\一共有45頁\編輯于星期五利用相關公式和參數(shù)分別計算（1）預熱段吸熱量（2）蒸發(fā)段吸熱量（3）過熱段吸熱量。主要計算步驟如下：1.由廢氣熱源狀態(tài)參數(shù)確定廢氣的定性溫度2.確定該定性溫度下廢氣的熱物性參數(shù)3.（以工質R123為例）確定在蒸發(fā)器中的吸熱量4.通過物性參數(shù)（蒸發(fā)壓力為2.4MPa）的條件下，確定工質R123各個狀態(tài)點處的比焓（h1.h2,h3….）5.求出R123的質量流量6.分別對工質在各個階段所吸熱量進行計算Q=m（h-h’）（預熱段吸熱量、蒸發(fā)段吸熱量、過熱段吸熱量）7.工質在吸熱過程中，預熱段和蒸發(fā)段占了相當大的比例，而過熱段所占比例很小。在保證精度前提下簡化計算，忽略過熱段的