Сравнение характеристик усовершенствованных транс критических энергетических циклов с высокотемпературными рабочими телами для утилизации теплоты выхлопных газов двигателя

Для эффективной утилизации сбросной теплоты мобильных двигателей на основе регенеративного цикла применяются два усовершенствованных транс критических энергетических цикла: расщеплённый цикл и цикл с двумя уровнями давления. Характеристики этих циклов анализируются и сравниваются с использованием разработанных термодинамических моделей. При заданных условиях газа для обоих циклов выбираются семь высокотемпературных рабочих тел: пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, неопентан и циклопентан. При проектных параметрах системы наибольшая выработка работы, 48,71 кВт, достигается в расщеплённом цикле с бутаном. Для большинства рабочих тел расщеплённый цикл обеспечивает большую выработку работы, чем цикл с двумя уровнями давления. Кроме того, с увеличением давления на входе в турбину полезная работа расщеплённого цикла сначала возрастает, а затем снижается, тогда как работа цикла с двумя уровнями давления медленно увеличивается. Для расщеплённого цикла существует оптимальное соотношение разделения потоков, при котором достигается максимальная полезная работа. Для цикла с двумя уровнями давления, напротив, повышение температуры испарения приводит к увеличению полезной работы. На этой основе параметры системы оптимизируются с помощью генетического алгоритма для максимизации полезной работы. Результаты показывают, что наибольшая выработка работы расщеплённого цикла, 49,96 кВт, достигается при использовании пентана. Для рассматриваемых рабочих тел, за исключением циклопентана, расщеплённый цикл неизменно обеспечивает большую выработку работы, чем цикл с двумя уровнями давления. Благодаря большей полезной работе и меньшему числу компонентов системы расщеплённый цикл рекомендуется для утилизации теплоты выхлопных газов двигателя.