摘 要

从发动机热平衡来看，理想工况下废气带走的热量占总热量30%左右，因此国际汽车和内燃机界认为，相比于汽车轻量化、减小空气阻力、油电混合动力等技术，发动机排气能量的回收利用具有很大的节能潜力。

本次毕业设计，以某型车用柴油机为对象，设计一套废气涡轮发电系统。并通过运用相关软件计算并分析了排气热物性参数，通过这些参数得到了发动机三种排气能量的变化规律。最后对该系统的经济型进行了分析。在毕业设计过程中取得的主要成果如下：

当发动机的负荷增高、转速增大时，排气余动能、排气余压能以及排气余热能都是增加的，以及本文主要讨论的几种排气参数（排气常数、定压比热容、定容比热容以及比热比k）也都是增加的。总的来说，排气能量具有相当的回收价值，最大值可达28.95kW。其中，排气余热能是排气能量的主要成分，最大值可达24.91kW。而其他两种能量在排气能量中所占比例相对来说都比较小。

平均而言，在加入废气涡轮发电系统之后，燃油消耗率提高了6%左右，功率可以提高12%，相比来说动力涡轮发电具有相当的可行性。

关键词：能量回收，废气能量，涡轮发电

Abstract

From the engine heat balance point of view, the ideal conditions of exhaust gas away the total heat accounted for about 30% of the total, so the international automotive and internal combustion engine sector that, compared to the car lightweight, reduce air resistance, oil and electricity hybrid technology, the exhaust energy recovery has great energy saving potential.

The graduation design, to a type of vehicle with diesel engine as the object, the design of a set of exhaust gas turbine power generation system. And through the use of relevant software to calculate and analyze the exhaust thermal properties of the parameters, through these parameters to get the engine three kinds of exhaust energy changes. Finally, the economic analysis of the system is carried out. The main results in the graduation process are as follows:

When the load of the engine is increased and the rotational speed is increased, the residual kinetic energy, the exhaust residual pressure energy and the exhaust heat energy are increased, and several kinds of exhaust parameters are also increased. In general, the exhaust energy has a considerable recovery value, the maximum value of up to 28.95kW. Among them, the exhaust heat energy is the main component of the exhaust energy, the maximum value of up to 24.91kW. While the other two kinds of energy in the proportion of exhaust energy is relatively small.

On average, the fuel consumption rate is increased by about 6% and the power can be increased by 12% after adding the exhaust gas turbine power generation system, which is quite feasible compared to the power turbine.

Key words: Energy Recovery, Exhaust Energy, Turbine Power Generation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1废气涡轮发电技术研究现状 1

1.2论文主要内容 3

第二章 发动机排气参数分析计算 4

2.1排气气体常数 4

2.2排气定容比热容、定压比热容 4

2.3排气比热比 5

第三章 发动机排气能量损失分析计算 7

3.1排气能量损失原理分析 7

3.2提高可利用排气能量的方法 7

第四章 发动机废气涡轮发电系统方案设计与选型 9

4.1废气涡轮发电系统方案 9

4.2发电系统零部件选型与设计 9

4.2.1柴油机的选型 9

9

4.2.2动力涡轮的选型 9

4.2.3高速电机选型 10

4.2.4减速传动系统设计 11

第五章 柴油机动力涡轮排气能量回收分析 15

5.1排气状态参数变化规律 15

5.1.1排气压力 15

5.1.2排气温度 15

5.1.3排气质量流量 16

5.1.4排气流速 16

5.2各工况排气能量 16

5.2.1排气余动能变化规律 16

5.2.2排气余压能变化规律 18

5.2.3排气余热能变化规律 18

5.2.4排气总能量变化规律总结 20

第六章 经济性对比分析 21

第七章 总结与展望 24

7.1总结 24

7.2展望 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1废气涡轮发电技术研究现状

由于发动机排气在温度、压力和流速等方面具有的特点，使得人们开始关注发动机排气中所含有的能量。目前主流的废气能量回收方法主要是涡轮增压等技术。作为一种新型的回收废气能量的技术，动力涡轮发电通过回收排气中的能量，将热能、压能和动能转化为涡轮的动能，最终转化为电能来给汽车电子设备供能。近些年来，人们越来越想坐上更加舒适的汽车，加之整个行业的发展逐渐智能化、网络化，使得汽车用电量在不断增加。用电量的增加加剧了汽车油耗，同时也使动力性能变差。而下·涡轮发电将废气能量转化为电能，可以满足对电能的需求，具有较好的市场前景。

目前涡轮发电技术主要有：1、以朗肯循环为基础的涡轮发电系统；2、以布雷顿循环为基础涡轮发电系统；3、以动力涡轮为基础的涡轮发电系统。