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从发动机的能量平衡角度来看,发动机在运转过程中燃料燃烧仅产生部分有用功,大部分能量通过冷却系统和排气散失。将发动机的余热能有效地转化利用,是提高内燃机总能效率、降低燃油消耗量的有效途径。本研究利用有机朗肯循环(ORC)回收车用发动机排气能量,蒸发器作为ORC系统中的关键部件,对系统的运行性能有重要影响。因此,对管翅式蒸发器的结构和性能研究具有重要的价值与意义。基于管翅式蒸发器的结构参数建立应用于车用柴油机余热回收有机朗肯循环系统中管翅式蒸发器的热力模型。采用粒子群算法对管翅式蒸发器进行多目标优化,选取壳侧进口半径、管侧进口半径、翅片高度、翅片间距和翅片厚度作为优化变量,年化总成本、管束区域体积和壳侧排气压降作为目标函数,采用线性权重法对目标函数进行决策,通过Matlab R2010a计算以后得到的曲线可以较好的体现参数变化对壳侧排气压降、年化总成本和管束区域体积所引起的目标函数影响关系。研究结果表明:与初始设计参数相比,优化后的管翅式蒸发器体积增加6.49%,年化总成本减少71.46%,壳侧排气压降减少27.6%。基于CFD方法模拟管翅式蒸发器局部三维模型中排气与翅片管之间的共轭传热,得到排气在翅片管间的温度、压力以及速度分布等,并研究排气流速和翅片厚度对流动和换热的影响。研究结果表明:随着排气流速增大,尾流区内排气的流速有所增加,可以减小尾流区的面积,翅片管的换热效果得到改善。翅片厚度增加,翅片管的换热性能有所提升,但是进出口压降升高。基于CFD方法对管翅式蒸发器整体的计算模型排气和工质单相流动和换热特性进行数值模拟,将车用柴油机-ORC联合系统实验台架的实验数据作为初始条件,根据计算结果分析排气和工质R245fa分别在蒸发器壳侧和管侧的单相流动和换热特性。研究结果表明:排气流经管翅式蒸发器引起的排气背压增量为127.2Pa,排气压力的最大值出现在第一排管束的中心区域;在壳侧管束中心区域流线分布较密,换热效果较好,边缘位置流线分布较少,换热效果较差;蒸发器管侧有机工质由于沿程阻力和局部阻力的作用,压降约为1.8bar。