[發(fā)明專利]基于汽車(chē)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(kāi)（公告）號(hào): CN112196634B
• 公開(kāi)（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(chē)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): F01K23/06
• 分類(lèi)號(hào): F01K23/06;F01K25/08;F02G5/00;F01P3/20;G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
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本發(fā)明提供了基于汽車(chē)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，發(fā)電系統(tǒng)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，內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路提供熱動(dòng)力，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)為發(fā)電循環(huán)回路提供初始動(dòng)力，發(fā)電循環(huán)回路通過(guò)工質(zhì)驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能；CFD仿真優(yōu)化方法是通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際管道結(jié)構(gòu)，建立幾何和數(shù)值模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)下，內(nèi)燃機(jī)冷卻效果最好，發(fā)電效率最佳。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，使汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，提高了能源利用效率；還通過(guò)利用CFD仿真優(yōu)化方法減少設(shè)計(jì)成本，能較便捷的完成系統(tǒng)實(shí)際布置方案的設(shè)計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體是基于汽車(chē)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。

背景技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)溫度隨進(jìn)、壓、爆、排工作循環(huán)周期變化，在進(jìn)氣行程最低，做功行程開(kāi)始時(shí)溫度最高。在壓縮終了時(shí)汽缸內(nèi)溫度達(dá)400-700℃，汽油、柴油等燃料噴入汽缸后被壓燃，汽缸內(nèi)溫度急劇上升，可達(dá)1800-2200℃。

在內(nèi)燃機(jī)中，由于氣缸套、氣缸蓋、活塞和氣門(mén)等機(jī)件直接與高溫燃?xì)饨佑|受到強(qiáng)烈的加熱，機(jī)件溫度很高。這不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)件強(qiáng)度降低，而且可能產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，使機(jī)件損壞。高溫還會(huì)破壞氣缸壁上的潤(rùn)滑油膜，使?jié)櫥脱趸冑|(zhì),以致活塞、活塞環(huán)和氣缸套嚴(yán)重磨損、咬傷或粘著。此外，過(guò)高的溫度還會(huì)使進(jìn)入氣缸的空氣密度降低，引起爆震、早燃等不正常燃燒。為了保證內(nèi)燃機(jī)正常、可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，必須通過(guò)冷卻系統(tǒng)對(duì)這些高溫機(jī)件冷卻。

用吸熱介質(zhì)冷卻高溫零件，可以保持內(nèi)燃機(jī)在最佳溫度狀況下工作。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，燃料燃燒所放出的熱量有20～35%是由冷卻系統(tǒng)散走的。現(xiàn)有技術(shù)的處理方式是直接將冷卻的熱量散發(fā)到大氣中，從而導(dǎo)致了大量的余熱浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供基于汽車(chē)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，回收利用內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱量，保證內(nèi)燃機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，提高能源的利用效率，節(jié)約資源。

為此，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：基于汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)冷卻循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)，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；

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；

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；

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；

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(guò)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。

優(yōu)選地，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；

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。

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。

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。