[發(fā)明專利]基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)及其CFD仿真優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011107776.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN112196634B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡超群;石秀勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌智能新能源汽車研究院
• 主分類號(hào): F01K23/06
• 分類號(hào): F01K23/06;F01K25/08;F02G5/00;F01P3/20;G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
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1.基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路、發(fā)電循環(huán)回路和預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路；

所述內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路包括依次連接的內(nèi)燃機(jī)冷卻通路（1），內(nèi)燃機(jī)（2）、第一換熱器（301）和第二換熱器（302）；

所述發(fā)電循環(huán)回路包括依次連接的工質(zhì)泵（8）、第三換熱器（303）、第一換熱器（301）、第一三通閥（601）、膨脹機(jī)（7）、第四換熱器（304）、工質(zhì)儲(chǔ)液罐（9），所述膨脹機(jī)（7）和發(fā)電機(jī)（10）連接；

所述預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路包括依次連接的節(jié)流裝置（5）、第二換熱器（302）、第二三通閥（602）、壓縮機(jī)（4）、第三換熱器（303）、第三三通閥（603）；

所述內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路提供熱動(dòng)力，所述預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路增強(qiáng)所述內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路冷卻效果，同時(shí)為所述發(fā)電循環(huán)回路提供初始動(dòng)力，所述發(fā)電循環(huán)回路通過工質(zhì)驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)（7）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)（10）運(yùn)行，輸出電能；

所述第一換熱器（301）、第二換熱器（302）的高溫側(cè)均位于所述內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路，所述第一換熱器（301）的低溫側(cè)位于所述發(fā)電循環(huán)回路，所述第二換熱器（302）的低溫側(cè)位于所述預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路；

所述第三換熱器（303）的高溫側(cè)位于預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路，低溫側(cè)位于發(fā)電循環(huán)回路；

所述第四換熱器（304）的高溫側(cè)位于所述發(fā)電循環(huán)回路，低溫側(cè)通向外環(huán)境；

所述第一三通閥（601）、第二三通閥（602）和第三三通閥（603）的a1端、a2端、a3端為入口，b1端、b2端、b3端；c1端、c2端、c3端為出口；

所述內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路中內(nèi)燃機(jī)冷卻通路（1）的入口與第二換熱器（302）高溫側(cè)的出口相連，內(nèi)燃機(jī)冷卻通路（1）的出口與第一換熱器（301）高溫側(cè)入口相連，第一換熱器（301）高溫側(cè)的出口與第二換熱器（302）高溫側(cè)入口相連；

所述預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路中第三換熱器（303）高溫側(cè)的出口與第三三通閥（603）的a3端相連，第三三通閥（603）的b3端與節(jié)流裝置（5）的入口相連，第三三通閥（603）的c3端與第二換熱器（302）低溫側(cè)的入口相連，節(jié)流裝置（5）的出口與第二換熱器（302）低溫側(cè)的入口相連，第二換熱器（302）低溫側(cè)的出口與第二三通閥（602）的a2端相連，第二三通閥（602）的b2端與壓縮機(jī)的入口相連，第二三通閥（602）的c2端與第三換熱器（303）高溫側(cè)的入口相連，壓縮機(jī)的出口與第三換熱器（303）高溫側(cè)的入口相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)電循環(huán)回路中第一換熱器（301）低溫側(cè)的出口與第一三通閥（601）的a1端相連，第一三通閥（601）的b1端與膨脹機(jī)（7）的入口相連，第一三通閥（601）的c1端和膨脹機(jī)（7）的出口均與第四換熱器（304）高溫測(cè)的入口相連，第四換熱器（304）高溫測(cè)的出口與工質(zhì)儲(chǔ)液罐（9）相連，工質(zhì)泵（8）的入口與工質(zhì)儲(chǔ)液罐（9）相連，工質(zhì)泵（8）的出口與第三換熱器（303）低溫側(cè)的入口相連，第三換熱器（303）低溫側(cè)的出口與第一換熱器（301）低溫側(cè)的入口相連，膨脹機(jī)（7）的輸出軸與發(fā)電機(jī) （10）連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：在內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路中，第一換熱器（301）、第二換熱器（302）充當(dāng)冷凝器；在發(fā)電循環(huán)回路中，第一換熱器（301）充當(dāng)蒸發(fā)器、第三換熱器（303）充當(dāng)預(yù)熱器，第四換熱器（304）充當(dāng)冷凝器；在預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路中，第二換熱器（302）充當(dāng)蒸發(fā)器、第三換熱器（303）充當(dāng)冷凝器；各循環(huán)回路之間通過換熱器進(jìn)行熱量傳遞。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路中的流體工質(zhì)為水，發(fā)電循環(huán)回路、冷卻-預(yù)熱循環(huán)回路的流體工質(zhì)為有機(jī)工質(zhì)，有機(jī)工質(zhì)包括但不限于三氟二氯乙烷或四氟一氯乙烷。

5.基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)CFD仿真優(yōu)化方法，包括權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的所述基于汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括以下步驟：

S1，獲取內(nèi)燃機(jī)的工況參數(shù)；

S2，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工況參數(shù)，確定內(nèi)燃機(jī)以及冷卻循環(huán)回路的邊界條件；

S3，設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路結(jié)構(gòu)及實(shí)際管路布置圖；

S4，建立內(nèi)燃機(jī)和冷卻循環(huán)回路的三維幾何物理模型，并用網(wǎng)格劃分軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

S5，設(shè)置內(nèi)燃機(jī)和冷卻循環(huán)回路的計(jì)算模型的邊界條件，對(duì)模型進(jìn)行仿真模擬，然后對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后處理；

S6，通過后處理結(jié)果輸出提取冷卻通道出口參數(shù)；

S7，判斷模擬后內(nèi)燃機(jī)是否滿足其最佳工作溫度要求，不滿足就返回S3，滿足就進(jìn)行下一步；

S8，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)冷卻通道出、入口參數(shù)，設(shè)計(jì)預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路、發(fā)電循環(huán)回路結(jié)構(gòu)及實(shí)際管路布置圖；

S9，建立設(shè)計(jì)預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路、發(fā)電循環(huán)回路裝置結(jié)構(gòu)及管路三維幾何物理模型，并用網(wǎng)格劃分軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

S10，設(shè)置預(yù)熱-冷卻循環(huán)回路、發(fā)電循環(huán)回路的計(jì)算模型的邊界條件，對(duì)模型進(jìn)行仿真模擬，然后對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后處理；

S11，根據(jù)后處理結(jié)果確定各個(gè)設(shè)備進(jìn)出口工質(zhì)的參數(shù)；

S12，根據(jù)各個(gè)設(shè)備進(jìn)出口工質(zhì)參數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)發(fā)電效率，判斷發(fā)電效率是否達(dá)到最佳，不是則返回S3，如果是，則得到發(fā)電系統(tǒng)最終優(yōu)化模型，即各回路的設(shè)備、管道布置結(jié)構(gòu)最佳。