21787

21787

طراحي و بهسازي سيكل رنكين دوگانه براي بازيابي حرارت اتلافي از موتور احتراق داخلي در خودرو

دكتري

نيرو محركه

1391

1398/6/30

دكتر بهروز مشهدي - دكتر امير حسن كاكائي

خودرو

حدود دو سوم از انرژي سوخت در موتورهاي احتراق داخلي از طريق دود اگزوز و سيستم خنك‌كاري تلف مي‌شود. معمولا به علت ورود (جذب) كم اين گرماي اتلافي، در سيستم بازيابي(به خصوص از منابع دماپايين) و پايين بودن راندمان سيستم بازيابي، مقدار كمي از اين انرژي اتلافي مورد بازيابي قرار مي‌گيرد. در اين كار با هدف افزايش بازيابي گرماي اتلافي از موتور احتراق داخلي، دو راهبرد ارائه گرديد. در راهبرد اول، يك راهكار ابتكاري جهت بهبود راندمان و كارائي سيكل رنكين ارائه و بررسي گرديد. وجه تمايز اين راهكار در اين است كه علاوه بر افزايش راندمان سيستم، اين امكان را فراهم مي‌كند كه در يك سيكل واحد به طور همزمان از دو منبع حرارتي با كيفيت‌هاي متفاوت بازيابي صورت گيرد. اما اين راهكار بهبود كمي در مقايسه با توان توليدي سيستم بازيابي، در كارائي سيستم ايجاد كرد. اما ايده اصلي و موفق اين كار، ارائه راهبردي براي افزايش جذب انرژي اتلافي در سيستم بازيابي است كه به وسيله راهكار سيكل رنكين دماپايين غيرارگانيك اجرائي شد. در اين راهكار با افزايش انرژي ورودي به سيستم، خروجي سيستم با همان راندمان قبلي، افزايش مي‌يابد. از جمله نقاط قوت اين سيستم، دستيابي به مقدار چشگيري كار از منبع گرماي اتلافي سيستم خنك‌كاري، به وسيله سيكل رنكين دماپايين است. در اين كار با نگاه كل‌نگري به ساختار سيستم، مدل ترموديناميكي و انتقال حرارتي مورد استفاده براي بررسي اين سيستم‌ها ارائه و ضمن تطابق، مدل به وسيله دو نرم افزار متلب و اكسل كدنويسي شد. سپس ساختارهاي پيشنهادي به اين وسيله ارزيابي و نتايج آنها ارائه گرديد. اين كار به نوعي يك سير تكامل ساختاري را ارائه مي‌كند تا به ساختار نهايي دست يابد. در اين كار با مرور ادبيات موضوع، شرايط مرزي سيستم شناسايي و براي ساختارهاي پيشنهادي، شرايط عملكردي سيستم تعيين شد. سپس با استفاده از مدل ايجاد شده، ساختارهاي پيشنهادي بررسي شدند. در گام آخر با بهينه سازي بهترين شرايط عملكردي سيستم نهايي نيز محاسبه و ارائه گرديد. از آنجا كه در طراحي اين سيستم هم اطلاعات تست و اوليهاي وجود نداشت و هم مراحل و روش طراحي يك چنين سيستمي مشخص نبود، در اين كار با ساده سازي مدل و تحليل اوليه، هم ايده ارائه شده به صورت اجمالي بررسي و حد و حدود اوليه مورد نياز براي طراحي يك سيستم معين شد و هم اينكه يك روش طراحي براي يك سيستم بازيابي حرارتي از موتور احتراق داخلي نيز به صورت الگوريتم بررسي و ارائه گرديد.

1398/11/10

Design and optimization of dual Rankine cycle for waste heat recovery of the internal combustion engine in automobile

9/21/2019 12:00:00 AM

About two-thirds of the fuel energy in the internal combustion engines is lost through exhaust smoke and the cooling system. Usually due to the low input (absorption) of this waste heat, a small amount of this waste energy is recovered in the recovery system (especially from low temperature sources) and the low efficiency of the recovery system. In this work, two strategies are proposed to increase the heat recovery from the internal combustion engine. In the first strategy, an innovative approach is presented to improve the efficiency and performance of the Rankin cycle. What distinguishes this solution is that in addition to increasing system efficiency, it enables the recovery of two different heat sources of the same quality at the same time. But this solution made little improvement on the efficiency of the system compared to the recovery capacity of the system. But the main and successful idea of this work is to provide a strategy to increase the waste energy absorption in the recovery system implemented by the inorganic low-temperature Rankin cycle strategy. In this solution, by increasing the input energy to the system, the output of the system increases with the same efficiency. One of the strengths of this system is the achievement of the amount of work from the heat dissipation of the cooling system by the Rankine cycle. In this work, with a holistic view of the system structure, the thermodynamic model and the thermal transfer used to investigate these systems, the model was coded by MATLAB and Excel software. Then the proposed structures were evaluated and their results presented. It somehow presents a process of structural evolution to achieve the ultimate structure. In this work, by reviewing the literature, the boundary conditions of the system are identified and the proposed operating conditions of the system are determined. Then, using the model developed, the proposed structures were investigated. Finally, by optimizing the best operating conditions of the final system, it was calculated and presented. Since there was no preliminary test information in the design of this system and the steps and methods of designing such a system were unclear, by simplifying the model and preliminary analysis, the idea presented was briefly reviewed and the initial thresholds required The design of a system was determined, and an algorithm was also proposed and developed for a thermal recovery system of an internal combustion engine.