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基于道路循环工况的车辆朗肯循环系统动态仿真及优化研究
| 论文题名： | 基于道路循环工况的车辆朗肯循环系统动态仿真及优化研究 |
| 关键词： | 汽车汽油发动机;朗肯循环系统;控制系统;余热回收;热效率 |
| 摘要： | 节能减排是当今社会发展需要长期关注的问题，深入研究车辆节能技术，减少燃油消耗是促进节能减排的重要方面。当前车用汽油发动机热效率仅为30%~40%，燃料中有大量能量以尾气余热形式散失，对尾气进行余热回收研究，在实现车辆节能方面有重要意义。以朗肯循环为基础的热力循环在车辆余热回收方面有良好的应用前景。 基于道路循环工况，本文对车用朗肯循环系统及其控制系统进行设计，并利用改进型粒子群算法进行了优化。主要研究内容如下：（1）对某轻型乘用车进行动力学建模，结合发动机相关MAP数据和尾气余热计算，对车辆在道路循环工况以及全工况下的尾气余热特性进行分析。（2）结合分析结果，对车用朗肯循环系统在系统结构、系统工质和系统部件方面进行初步优化设计，建立相应的朗肯循环系统热力学模型。（3）以缩短朗肯循环系统响应时间、提升系统在道路循环工况下余热回收性能为目标，设计朗肯循环控制系统。（4）根据朗肯循环系统特性和优化需求，基于粒子群算法设计了改进型粒子群算法，对朗肯循环系统及控制系统进行优化，确定目标车辆的最优系统参数，并对优化结果和改进型粒子群算法性能进行评价。 研究结果表明：（1）在全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）下，车辆尾气平均温度983K，平均质量流量0.016kg?s-1，呈现温度较高、质量流量较低的特点，对提升朗肯循环系统热效率有利。（2）在WLTC循环工况下，以R744为工质，应用了螺旋管换热器的简单朗肯循环系统最大净功率为3.187kW，平均净功率为0.327kW，在尾气酸露点温度限制下平均净功率为0.258kW，该均值下降近21.1%，由此可知尾气酸露点温度对系统限制较大。系统启动时净功率（负功）最高可达1.676kW，系统升压耗时18.32s，系统响应较差。（3）朗肯循环系统经由带有预升压的膨胀机入口压力——质量流量控制系统调控后，系统响应时间缩短至0.20s，相较于无控系统提升明显。（4）通过改进型粒子群算法优化后，朗肯循环系统最大净功率为2.260kW，平均净功率为0.269kW，相较于优化前，最大净功率下降29.1%，平均值提升4.2%。系统启动时净功率（负功）最大为0.778kW，相较于优化前减少53.6%，优化效果明显，带有优化后朗肯循环系统的车辆在WLTC循环工况下百公里平均燃油消耗为8.33L?100km-1，相较于原车减少2.1%。 |
| 作者： | 曹新宇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘晓红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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