[发明专利]基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统及其CFD仿真优化方法

说明书

本发明提供了基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统及其CFD仿真优化方法，发电系统包括内燃机冷却循环回路、发电循环回路和预热‑冷却循环回路，内燃机冷却循环回路提供热动力，预热‑冷却循环回路增强所述内燃机冷却循环回路冷却效果，同时为发电循环回路提供初始动力，发电循环回路通过工质驱动膨胀机带动发电机输出电能；CFD仿真优化方法是通过设计发电系统的实际管道结构，建立几何和数值模型，进行仿真计算，实现最优结构下，内燃机冷却效果最好，发电效率最佳。本发明实现了能源的梯级利用，使汽车内燃机处于最佳工作状态，提高了能源利用效率；还通过利用CFD仿真优化方法减少设计成本，能较便捷的完成系统实际布置方案的设计。

技术领域

本发明涉及的是一种汽车内燃机余热利用技术领域，具体是基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统及其CFD仿真优化方法。

背景技术

内燃机汽缸内温度随进、压、爆、排工作循环周期变化，在进气行程最低，做功行程开始时温度最高。在压缩终了时汽缸内温度达400-700℃，汽油、柴油等燃料喷入汽缸后被压燃，汽缸内温度急剧上升，可达1800-2200℃。

在内燃机中，由于气缸套、气缸盖、活塞和气门等机件直接与高温燃气接触受到强烈的加热，机件温度很高。这不仅会导致机件强度降低，而且可能产生很大的热应力，使机件损坏。高温还会破坏气缸壁上的润滑油膜，使润滑油氧化变质,以致活塞、活塞环和气缸套严重磨损、咬伤或粘着。此外，过高的温度还会使进入气缸的空气密度降低，引起爆震、早燃等不正常燃烧。为了保证内燃机正常、可靠的运转，必须通过冷却系统对这些高温机件冷却。

用吸热介质冷却高温零件，可以保持内燃机在最佳温度状况下工作。内燃机工作时，燃料燃烧所放出的热量有20～35%是由冷却系统散走的。现有技术的处理方式是直接将冷却的热量散发到大气中，从而导致了大量的余热浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统及其CFD仿真优化方法，回收利用内燃机冷却系统的热量，保证内燃机高效运转，提高能源的利用效率，节约资源。

为此，本发明采用了以下技术方案：基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统，包括内燃机冷却循环回路、发电循环回路和预热-冷却循环回路；

内燃机冷却循环回路包括依次连接的内燃机冷却通路1，内燃机2、第一换热器301和第二换热器302；

发电循环回路包括依次连接的工质泵8、第三换热器303、第一换热器301、第一三通阀601、膨胀机7、第四换热器304、工质储液罐9，所述膨胀机7和发电机10连接；

预热-冷却循环回路包括依次连接的节流装置5、第二换热器302、第二三通阀602、压缩机4、第三换热器303、第三三通阀603；

内燃机冷却循环回路提供热动力，所述预热-冷却循环回路增强所述内燃机冷却循环回路冷却效果，同时为所述发电循环回路提供初始动力，所述发电循环回路通过工质驱动膨胀机7带动发电机10运行，输出电能。

优选地，第一换热器301、第二换热器302的高温侧均位于所述内燃机冷却循环回路，所述第一换热器301的低温侧位于所述发电循环回路，所述第二换热器302的低温侧位于所述预热-冷却循环回路；

所述第三换热器303的高温侧位于预热-冷却循环回路，低温侧位于发电循环回路；

第四换热器304的高温侧位于所述发电循环回路，低温侧通向外环境。

第一三通阀601、第二三通阀602和第三三通阀603的a1端、a2端、a3端为入口，b1端、b2端、b3端；c1端、c2端、c3端为出口。

内燃机冷却循环回路中内燃机冷却通路1的入口与第二换热器302高温侧的出口相连，内燃机冷却通路1的出口与第一换热器301高温侧入口相连，第一换热器301高温侧的出口与第二换热器302高温侧入口相连。