联合收割机柴油机余热回收系统设计及仿真研究

发布时间：2021-07-17 21:15

　　随着农业机械化水平和机收率不断提高,粮食收获的速度越来越快,由于收获的粮食大约有20%为高含水粮食,我国每年有大量的粮食因干燥不及时而导致发芽和霉变;另一方面,联合收割机的柴油发动机转化为机械能的能量只占总能量的三分之一左右,冷却液和尾气的热能约占总能量的60%左右,存在大量能量的浪费。针对以上两方面的问题,本文设计余热回收系统回收柴油机冷却液和尾气的热能,将回收的热能用于农作物在联合收割机上脱粒后的干燥处理,从而解决粮食霉变和柴油机能量浪费的问题。首先,分析了东风2000联合收割机的能量和结构特点,根据能量和结构特点设计柴油机余热回收系统。利用CATIA建立余热回收系统三维实体模型,确定余热回收系统中设备的安装位置和连接关系。其次,根据初始数据完成对换热器、三通阀、风机、流体管道等余热回收设备的参数计算与选型;建立换热器Ⅰ、换热器Ⅱ、三通阀及控制器的数学模型,根据数学模型建立SIMULINK仿真模型,并对换热器仿真模型进行验证仿真和温度变化特性仿真。然后,采用建模仿真与Z-N工程整定相结合的方法初步确定PID控制器的控制参数,并建立余热回收系统的仿真模型。根据建立的仿真模型,仿真对比... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

涡轮蒸汽双循环系统

第1章绪论3蒸汽机”双循环系统。如图1.1所示，分为高温循环和低温循环，其中高温循环的热源为发动机排出的废气热能，以水为工质，水在蒸汽发生器内加热成蒸汽，蒸汽被直接导入膨胀器，用以驱动发动机。低温循环中的热源为冷却液热能，工质为乙醇，其工作过程与第一个循环相似。此系统可回收废气和冷却液中80%以上的热能，可使发动机油耗降低15%，功率增加10KW，扭矩增加近20Nm。高温循环低温循环冷却液循环1.散热器/低温冷凝器2.泵3.蒸汽发生器4.蒸汽发生器/高温冷凝器5.过热器6.蒸汽发生器/低温过热器7.低温膨胀器8.高温膨胀器图1.1涡轮蒸汽双循环系统2012年，美国密苏里科技大学AlbertoBoretti等人[12]以混合动力客车为研究对象，基于有机朗肯循环，在1.8L自然吸气汽油机上设计了一套余热回收系统，利用有机物R245fa为工质回收汽油机冷却液和尾气余热能。图1.2为混合动力客车发动机余热回收系统简图，该系统分为高低温循环系统，分别回收排气和冷却液余热能并将热能传递给R245fa，最后被充分加热的R245fa蒸汽导入到膨胀器，以驱动发电机发电，为客车提供动力，汽油机的效率可提高8.2%。尾气入口尾气出口过热器膨胀器换热器冷凝器泵冷却液入口冷却液出口接收器图1.2混合动力客车汽油机余热回收系统简图2019年，FarzadMohammadkhani等人[13]在六缸四冲程增压柴油机上建立了高、低温超临界有机朗肯循环系统，如图1.3所示。采用了多种不同的工质，分别回收冷却液和排气余热能，通过仿真分析优选循环的最优工质，仿真结果表明：甲苯和R143aas

吉林大学硕士学位论文4工质分别在高温循环和低温循环下的性能最佳，系统输出功率可达24.93kW。冷却液循环冷却水空气尾气高温流体低温流体增压机涡轮冷却液循环柴油发动机蒸发器涡轮冷凝器/蒸发器蒸发器涡轮冷凝器冷却水高温超临界朗肯循环低温超临界朗肯循环图1.3高、低温超临界有机朗肯循环系统国内对发动机余热能回收利用的研究起步较晚，近年逐渐增多。2009年，西安交通大学何茂刚等人[14]根据车用发动机冷却液、尾气和润滑油余热能特性，将发动机余热能分为高温热能和低温热能，设计了一套新型余热能回收系统。通过仿真分析了多种工质对热能回收效率的影响，优选出系统热能回收的最优工质，使用该工质系统热能回收效率可达20.83%。2014年，北京工业大学的吴玉庭等人[15]以螺杆膨胀机为动力输出装置，建立Rankine循环系统回收柴油发动机尾气余热能，使柴油机效率提高6.48%。2016年，天津大学的刘子奇[16]利用单阀膨胀机，搭建了Rankine循环系统回收汽油机尾气余热，使汽油机效率提高5.8%。1.2.2温差发电温差发电是利用塞贝克(Seebeck)效应原理，通过热电材料将发动机的余热能转化为电能。由于温差发电技术的提高、高性能热电材料的开发和对提高发动机能源利用效率的迫切需求，国内外对温差发电的研究越来越多。2007年，美国克拉克森大学机械与航空工程学院的Helenbrook等人[17]在乘用客车上安装了16组HZ-20热电模块，用于回收发动机尾气余热，最大发电功率可达300W左右。2009年，美国学者Crane等人[18]根据不同TE材料的峰值性能随温度的变化规律，设计出了适用于温度动态变化热源的热能回收系统，该系统分为三个相交互的发电模块，针对不同的尾气温度，采用不同的模块来回收余热能?

【参考文献】：
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3288943