单种工质和两种不同工质协同收集大型联合收割机内燃机不同品位余热研究

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:shenjing1566
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当今社会高速发展,能源需求量与日俱增,与之对应出现了各种能源问题。发展提倡节能环保,是时代要求。针对这一发展要求,结合内燃机余热占总的能量输入比重很大,而联合收割机内燃机余热相关利用研究较少,本文主要是研究如何合理高效回收联合收割机内燃机余热的方法。收集到的余热可以用于即时干燥预处理新收获粮食等方面,实现能源的有效利用。研究结果如下:  (1)为研究联合收割机余热收集问题,本文首先进行了内燃机余热特性试验。余热特性试验在整机LG1504拖拉机上进行,试验分为两组:全负荷变速试验和变负荷六工况试验。试验得到,内燃机缸套循环水温度、流量,尾气温度、流量等余热特性参数。并以此分析得出在不同工况下,内燃机可用余热量的变化情况。在全负荷变速试验下,缸套循环水可用余热量和尾气可用余热量,皆随着发动机转速的降低而降低,其中在2200r/min工况下为最高,分别为76.23kW和31.29kW;在变负荷六工况试验条件下,随着负载的减少,缸套循环水可用余热量和尾气可用余热量也都随之减少,其中满负荷时为最大,分别为75.12kW和28.16kW。  (2)根据获得的余热特性试验相关参数,建立了采用单种工质收集两种余热和两种不同工质分别回收对应两种余热的数学模型,分析所选四种工况分别为:全负荷变速下的2200r/min和1700r/min两个工况点,变负荷六工况下的100%和50%两个工况点。采用单种工质收集两种余热时选用R152a,R600,R245fa,R123和水这五种工质并进行了热力学性能分析,得出采用单种工质收集两种余热时,相同条件下,R152a,R600和水吸收的余热量最大;采用换热工质R123换热后的温度最高,在所选4个工况内,分别为97℃和101.9℃、89.43℃和101.1℃;而对于相同条件下换热量最大的3种换热工质R152a、R600和水而言,温度变化最大的为换热工质R152a,在所选4个工况内,换热后的温度分别为76.4℃和82.57℃、75.99℃和81.85℃。当采用工质R245fa时,单位换热量所产生的(炯)损最小,分别为0.122kW和0.129kW、0.107kW和0.127kW。采用两种不同工质分别回收两种余热时,选用R152a和R123;R152a和R245fa;R600和R123;R600和R245fa;水和R123;水和R245fa这六组工质组合进行热力学性能分析,其中当采用组合工质R152a和R123分别对应收集内燃机缸套循环水余热和内燃机尾气余热时,在回收相同的余热量时产生的(炯)损最少,在所选四种工况下,分别为14.42kW和16.43kW、11.48kW和16.05kW,且在换热过程中吸收单位热量的(炯)损最低,分别为0.156kW和0.154kW、0.126kW和0.153kW。  (3)采用数学期望来分析换热工质与热源换热过程重的不可逆热损失,创建换热工质收集对应余热和单种换热工质收集两种不同品位余热的分析模型,并进行相应的数学分析。得出:在收集缸套循环水余热时,保证换热量最大的前提下,R152a在进行换热过程中产生的不可逆热损失最少,R245fa在所选工质中其温度变化和热源之间的平均温度差最小,说明选用R245fa作为换热工质,能达到换热过程中不可逆热损失的最小化。在收集尾气余热时,当选用换热介质R123进行换热时,能达到换热过程中不可逆热损失的最小化。在进行单种工质收集两种不同品位余热时,选用换热介质R152a进行换热时,能达到换热过程中不可逆热损失的最小化。采用数学期望方法得到的换热过程不可逆热损失结果,与采用(炯)损分析所得结果保持一致。  (4)根据所获得的余热特性参数,以及相应的数学模型理论分析,设计了内燃机余热回收试验台,并以水为换热介质在内燃机余热回收装置上进行了基于余热特性参数的试验。得出:在所选四种工况下,试验所得余热量约占理论值的60%左右,总观理论分析与试验所得数据变化趋势,两者基本趋于一致,说明理论分析结果是可以在一定程度上表示试验过程中的相关变化。收集单种余热的期望值在各个工况下都要高于收集两种余热的期望值。由此可得,选用单种工质直接收集两种品位余热所产生的不可逆热损失要小于分别采用一种工质单独收集对应品位的余热。此结果与理论分析所得结果一致,表明理论分析数据可以为实际试验提供依据。所以为减少换热过程中的不可逆热损失,可以优选使用单种工质收集两种不同品位的余热。
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