汽车废气余能回收利用装置设计【含Solid Edge三维及6张CAD图带外文翻译】
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汽车废气余能回收利用装置设计【含Solid Edge三维及6张CAD图带外文翻译】
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汽车废气余能回收利用装置设计摘 要节能足汽车工业发展的三大主题之一。由于能源消耗的加剧，汽车节能问题备受人们的关注。有关研究资料表明，汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，其它的能量被排放到大气中，不仅造成了能源的浪费，还带来了不良环境影响。因此，采用有效手段充分利用汽车排放的废热应当是我们实现汽车节能、降低排放的一个研究方向。本文对当前提出的各种汽车余热利用手段进行了分类，并做了综合分析比较，提出汽车废气涡轮发电可能是比较理想的汽车余热利用方 ，并进行了 设计。本文 对汽车废气能量进行了分析，提出应当用有效能的能量 方 分析汽车废气能量，出了影响废气能量的因 并提出了提 废气中可用能量的 。其 ，本文分析了不 排气 废气能量利用 的 ，提出了能量利用效 较 的排气 方 并 对一 发 进行了设计。， 对一 发 利用 的 设计进行了涡轮分设计。本文还 对一 的发 排气 设计了涡轮 ，涡轮currency1，“，“，对此分的设计是涡轮fifl来设计的。其分fifl由涡轮计 出。由于能有， ， 现 的发电 设计当成，本文不 对发电 分进行设计，本装置只设计到“分，“”可装向 ， 可要设计的发电 “，要注的是本装置设计的“一”，只有一”“向 ，一”的“向 还要电 的“来实现。本文个三 其cad 一一 出，并 本文之中 三 分 ，一 中对设计 加 关 汽车 废气 余热 能量利用 涡轮From car exhausts to recycle the device designAbstractEnergy conservation is one of three big subjects in automobile industry development Becauseenergy consumption intensifying，the question of automobile energyconservation prepares peopleSattention The related research material indicated，the energy sending oat from automobile fuel burningonly has about 1 3 effectively been used，other energies discharge into the atmosphere，not only hascreated the energy waste，butalso has brought the poor environmental influence Therefore，adopting theeffectivemethod to fully utilize the waste heat discharging from the automobile has to be a researchdirection This article has classified the method of the current from a variety of the use of a classification yuremeans, and comprehensive analysis and comparison, the turbine generation are more likely to exhaust thecar, and yure of the preliminary design. The first to exhaust the energy was analysed and efficiency of energy shall be in a republican wayanalysis is to exhaust the energy that had to exhaust the energy for the proposed increase in exhaust can useof energy. second, this article analyzes the different systems in the exhaust the energy of differences andenergy efficient use of the higher the exhaust system solutions and an engine of the design.This article has analyzed the difference in the exhaust gas energy utilization of different exhaustsystem ， proposed the exhaust system plan which can bring about higher efficiency of energyutilization，and carried on the design which aims at a diesel engine，This article for a specific the engine exhaust system design, the turbine, the turbine, bearings, shaft,owing to limited ability, knowledge is limited, and furthermore, the generator design skills are quite ripe,and this is no specific system for electricity generation of design. the specific each component three vitouand cad is a picture of a graph and, in this paper attached to a few parts of the 3d images, and the plane wasto design more clear!Key words automobile exhaust gas waste heat energy utilization turbine2 一 .51.1 、研究 .51.1.1、汽车废热利用的 .51.1.2、汽车废热利用 .51.2、研究进展综.61.2.1、涡轮 .61.2.2、余热 .61.2.3、余热发电.81.2.4、余热采 .91.3、 .101.4、本文主要工 .10 对ZH4100 排气 的涡轮分设计.112.1、ZH4100 的关资料.112.2、排气 currency1 .112.3、涡轮设计.122 3 1、涡轮 选择.122 3 2、涡轮设计前确 的参数.132 3 3、计 骤.142 3 4、涡轮损失计 和涡轮参数的计 进一 确 .17三 其他的匹配设计 .193.1、“设计.193.1.1 、“的构设计.193.1.2 、“的材料选择.203.1.3 、“的强度校核 .2033.2、涡设计 .223.3、”涡盖设计 .233.4、大”涡盖设计.233.5、分 预览.24四 感谢.24参考文献 .251 符号表4一 1.1 、研究 社会 济的发展使能源消耗量急剧 加，能源供矛盾日益突出，并造成了严重的环境问题。由于汽车保有量越来越大，汽车的能源消耗 总能源消耗中所占的比例越来越 ，汽车节能问题越来越受到各个国家的关注，成当今世界汽车工业发展的主题。我国是一个石 存储量对欠缺的国家，前 成世界 大石 进口国，而汽车消耗的能源主要是石 燃料。随着我国汽车工业的迅速发展，提 汽车燃料有效利用和减少环境污染 我国有 重要的战略 。调查研究表明，汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，其它的能量被散发、排放到大气中，这造成了能源的浪费，并带来了不良环境影响。因此有效利用汽车废热是实现汽车节能，降低汽车能源消耗的一个有效途径。1.1.1、汽车废热利用的 从前汽车所用发 的热 来看，用于 输出的功 一般只占燃 燃烧总热量的30一45( )或20一30(汽 )。废热形 排出车外的能量占燃烧总能量的55一70( )或80S一70S(汽 )，主要包括循环却水带走的热量和尾气带走的热。表1.1内燃 的热 从表l中可看出汽车废热利用有较大的 ，其有效利用自然受到人们越来越多的关注，不少人致于此方 研究。1.1.2、汽车废热利用 由于车用发 殊的使用场合，汽车废热利用有鲜明的 和 殊的要求，可这些 简单归如下 一是汽车废热的品位较低，能量回收较困难 是废热利用装置要构简单，积，重量轻，效 三是废热利用装置要抗震 ，抗冲 81量热 各分项 汽 速 中速 转变有效功的热量 2030 3040 3545却介质带走的热量 2530 2025 1020废气带走的热量 4045 3540 3040其它热量损失 510 5 10 1015 4表 8535击，适应汽车运行环境 四是要保证汽车使用中的安全 是要不影响发 工 ， 降低发 和 济 。由于汽车废热利用有 ，使 研究的成多， 业 的不多，只 废气涡轮 方 实用 进展。1.2、研究进展综前，国内外汽车余热利用的，从热源来看，有利用发 却水余热和利用排气余热 种，从用途 来看，有废气涡轮 、 调、发电、采、 良燃料 方 。 所有一方 中，只有废气涡轮 实现了 业，其他方 由于和其他方 因， 于研 或 段， 业 。下从用途 分类介 国内外关的研究 。1.2.1、涡轮 废气涡轮 是利用废气中的分能量来提 内燃 的进气 进而 加充气量、 和 济 的内燃 能提 。废气涡轮 装置主要由 “装配的涡轮和 气 成，发 排出的废气 排气currency1进 涡轮 涡轮运转，从而带气 鲜气并 进气currency1 发 汽内。废气涡轮 了内燃 的 和 济 ， 这种 理方 的主要的是废气中的分能量来提 内燃 的进气 加充气量，而不是回收 利用废气中的能量 外，由于内燃 涡轮装置合工 能量currency1的 ，使 内燃 的加速 能和“ 受到影响， 内燃 的使用 加了一些强 加，造成使用 的不fifl 此外，这种和装置 汽 使用效 不明，前多 大 使用，使用 向受到一 。随着汽 电 的运用，汽 废气涡轮 到发展。 是汽 废气涡轮 还”发 震、热 加 问题能大 量 使用。1.2.2、余热 前， 车调中，占 位的是汽 调 ，采利用发 却水余热。车调一般要消耗812的发 ，这一方 加了 耗，加大了废气排放量，加剧了气的污染 一方 水热，影响车 由于汽 调 采用的 工质 利类合， 致效应加剧。因此”适 功耗之 的矛盾 成现车调研 中的难题。回收和利用发排气余热来 ，实现车调，是理想的节能方 ， 是前世界各国 研究的 题。前提出的这方 主要有 收 和 种。 8 56收 收 理是热能 来 成 循环的，有利用汽车循环却水余热和利用排气余热 种途径。 关文献中，研究 多的是利用循环却水余热来实现 收 ，由于排气度 于却水度， 可利用热量大于却水，当然 可利用排气余热来实现 收 循环。 收 循环 中，所采用的工质有水一 、一水、R22-ETEG、R22、R22-DMF 。 收 有较大的COP(对于 而， 构 、积大、造 ，而 四(发 、 、 收、发)要自由水 ，不 适用于 于 、运 的汽车。是利用 些质 一 度、 下能 种气或水汽， 一种度、 下 能 它放出来的 。来实现 。这种 致 变，从而到了 的 用。 由发 、 、发和节装置 成。 余热回收中可考 种方 ，利用却水中的热量和利用发 排气中的热量。如 使用从发 却水中回收的热量，由于水 的 热效 于气 的 热效 ，对热量回收较有利 是热源度对较低(低于100 ，用于却的气度 不大，这 循环的 比较，使循环的 量较低，对工 是不利的。如 使用从发 排气中回收的热量，气 的 热效 低，造成回收热量困难， 由于发 排气的度较 (汽 500600 ， 于却水的度)，对热量回收 是有利的，而 此度却气的度 较大，可使 循环 较大，从而 较大的 量。 构简单、造 低， 提 的currency1热currency1质能的 下，可大大提 的 能，是较理想的 。 的COP不 ，要较 预备 ，单位质量的 的 功 较， 重，废热利用 不 ，而汽车调要求积、 量大、 能可、 方fi。这 了它的应用和发展。要 到 要求，提 COP 单位质量 功 。前， 中，用的 质( )有气、水、 、 气、RJ34a、R22 。 、赵乱成、钟琼香 提出了利用HCFC-123工质的汽车余热 的 。 循环的主要 是 替 ，消耗热能 补偿来实现 的。其工 循环如下 86 8 5437被加热加热的 工 汽， currency1进行绝热膨胀，形成一股低 、 速气，发内的低 气 抽 到 内，并之混合， 扩 内 进 ，被却介质 成液。然 ，一分 液 节阀降降， 发中 热气变成低低 汽 一分 循环如下 被加热加热的 工 汽， currency1进行绝热膨胀，形成一股低 、 速气，发内的低 气 抽 到 内，并之混合， 扩 内 进 ，被却介质 成液。然 ，一分 液 节阀降降， 发中 热气变成低低 汽 一分 循环泵被提 回加热，用 工 汽。 除循环泵外没有其它运 ，而 中的工 汽 是 种质，不要类似 收 中的 分离设备，因而构简单，耗功量少。 加 可利用低品位热能，所适用于有余热可利用的汽车调。 1.2.3、余热发电利用废气能量发电的方 基本有三种，分别利用半 发电、 龙透 发电和废气涡轮发电。半 发电o随着半 材料 其加工的发展，金属 热电转效 逐渐提 ，利用半 发电 畴有了应用的可能。资料表明 半 发电材料的热电转效 可 3 3，甚至是7。吉林大学的董桂田 证明用汽车发 排气废热 发电能够 currency1 的汽车发电 ， 发电 热降对汽车整 能大有稗益。因 发电截了分currency1 热枫源的热量使其热效 有所提 ， 度降低 致排气 减少 有于汽车I噪声水 下降，这可使汽车消音的构简紧凑。 发电本身是静 下能量转 ，没有旋转，勿currency1 。 由于热电转 效 低，此种方 只利用了发 废热的一分，有待于进一 提 热电转 效 和寻找有 热电转 效 的材料。龙透 发电日本的一色 提出了利用发 废热的 龙透 发电装置，浚装置利用一种 比较低的度下能成 气的低沸 质( 利) 工质，使其 收发 废热 由液 变 汽从而 透 发电。此种装置 利用低品位热能方有 势，其缺陷是 较 重。废气涡轮发电青岛大学的张铁柱提出了利用废气能量 涡轮带 发电 发电的设想，并设计 8 8 98了一种 装置来实现，获 专利一项。日本的吉圉佑 曾 此方 的实 ，证明了利用废气能量 涡轮所发出的电能足提供汽车运行所电能， 做进一 研究。此种装置构简单， 有可能对发 工 能 影响。1的发 模 中加 涡轮发电 模块，对 方 进行分析，发电涡轮模 采用 模 建立。各种涡轮 方 如 1所示。方 A 采用朗肯循环，发 排气currency1 的 热 朗肯循环的发和热。方 B 采用布雷登循环，发电 微 燃气轮 类似。方 C 采用电辅涡轮 ， “ 安装电 /发电 ， 排气能量超 所能量利用发电 回收能量。方 D 排气 中加 涡轮发电， 涡轮 并工 。方 E 是 排气 中加 涡轮发电 ， 涡轮 串工 。一 涡轮发电 方 1.2.4、余热采余热 气装置利用汽车发 工 剩余热量供，有 种 利用发 却水的热量，称水 利用发 排气 的热量，称气 。余热 气装置的是既不要 汽车 加热源， 不 加发 本身的热量消耗，成本较低、 济9好、使用方fi。其缺 是发热量的大受发 工 的 约，而 仅 冬季发挥 用，废气能量利用不充分。水 风装置应用于汽车采 中， 其发热量较，主要
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