Повышение мощности промышленного дизельного двигателя с турбонаддувом с использованием системы утилизации отходящего тепла на основе обращённого цикла Брайтона и органического цикла Ренкина

В настоящем исследовании выполнена энергетическая оценка промышленного дизельного двигателя с турбонаддувом, интегрированного с новой системой утилизации отходящего тепла (WHR). Энергия выхлопных газов используется в обращённом цикле Брайтона (IBC) для утилизации отходящего тепла. Кроме того, тепловая энергия от теплообменника IBC используется в качестве источника тепла для органического цикла Ренкина (ORC) с целью выработки дополнительной мощности. Исследуемый двигатель смоделирован в программном комплексе AVL BOOST, а модель верифицирована по данным реальных эксплуатационных характеристик двигателя. Для изучения эффективности предложенной системы утилизации энергии IBC добавлен в модель двигателя в AVL BOOST, тогда как термодинамическая модель ORC разработана в MATLAB и связана с AVL BOOST. Затем модель решалась, и основные выходные параметры двигателя анализировались при частоте вращения 1800 об/мин и различных нагрузках. Результаты показывают, что применение предложенной системы WHR повышает мощность системы примерно на 18%. Однако противодавление, возникающее при установке системы WHR, может увеличить удельный расход топлива по эффективной мощности (BSFC) до 3% и снизить общий тепловой КПД почти на 1% при работе двигателя с полной нагрузкой. Результаты данной работы способствуют определению взаимодействия между предложенной новой системой утилизации отходящего тепла (IBC–ORC) и двигателем. Предложенный нижний цикл на основе IBC–ORC может быть установлен на существующих промышленных стационарных двигателях для повышения выработки мощности без создания дополнительного источника электроэнергии.