用于內燃機廢熱回收的有機朗肯循環（ORC）的優化研究

本文研究主要對用于從內燃機（ICE）中廢熱回收的有機朗肯循環（ORC）進行了有效能分析。首先介紹了一種可以同時從發動機冷卻液和廢氣中回收廢熱的新型配置系統(見文中Fig.1)。該系統的工作流體是R-123、R-134a和水。本文還對系統的循環過程進行了全面的熱力學模擬，并將凈輸出功率和有效能效率作為優化目標對系統進行了優化。本文研究的設計變量是循環過程中第一步和第二步壓力值、泵和膨脹機等的熵效率以及廢熱回收后的廢氣溫度。

Fig.1.Schematic of the pursued two-parallel-step organic Rankine cycle for wasteheat recovery from ICE

研究結果顯示，在所有考慮的條件下，即使水具有最高的液態氣相變焓值，但R-123在三種工作流體中的性能最好，其能夠產生468千瓦的凈輸出功率，有效能效率為21%。一般而言，從熱力學角度來看，干燥流體（R123的蒸汽熵隨著溫度的升高而增加）作為工作流體可能具有實現最大有用功率和（有效能）效率的潛力。從實用角度來看，R-123具有可接受的物理性能，可防止膨脹機出口液滴的形成，并具有環境特性，如低臭氧消耗潛能、不可燃性和無毒性等。此外，還對優化設計進行了靈敏度分析，以了解改善膨脹機和泵效率對性能的影響。這一分析表明，追求提高泵的等熵效率并不值得。但是從結果中可以看出，雙膨脹機等熵效率提高30%可能導致凈產出增加53%功率和循環（有效能）效率增加8%。這意味著今后ORC的設計應該考慮使用高效的擴展器。