[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

权利要求书

1.基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统，其特征在于：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；

所述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）；

所述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；

所述预热-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）；

所述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；

所述第一换热器（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；

所述第四换热器（304）的高温侧位于所述发电循环回路，低温侧通向外环境；

所述第一三通阀（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；

所述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；

所述预热-冷却循环回路中第三换热器（303）高温侧的出口与第三三通阀（603）的a3端相连，第三三通阀（603）的b3端与节流装置（5）的入口相连，第三三通阀（603）的c3端与第二换热器（302）低温侧的入口相连，节流装置（5）的出口与第二换热器（302）低温侧的入口相连，第二换热器（302）低温侧的出口与第二三通阀（602）的a2端相连，第二三通阀（602）的b2端与压缩机的入口相连，第二三通阀（602）的c2端与第三换热器（303）高温侧的入口相连，压缩机的出口与第三换热器（303）高温侧的入口相连。

2.根据权利要求1所述的基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统，其特征在于：所述发电循环回路中第一换热器（301）低温侧的出口与第一三通阀（601）的a1端相连，第一三通阀（601）的b1端与膨胀机（7）的入口相连，第一三通阀（601）的c1端和膨胀机（7）的出口均与第四换热器（304）高温测的入口相连，第四换热器（304）高温测的出口与工质储液罐（9）相连，工质泵（8）的入口与工质储液罐（9）相连，工质泵（8）的出口与第三换热器（303）低温侧的入口相连，第三换热器（303）低温侧的出口与第一换热器（301）低温侧的入口相连，膨胀机（7）的输出轴与发电机 （10）连接。

3.根据权利要求1所述的基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统，其特征在于：在内燃机冷却循环回路中，第一换热器（301）、第二换热器（302）充当冷凝器；在发电循环回路中，第一换热器（301）充当蒸发器、第三换热器（303）充当预热器，第四换热器（304）充当冷凝器；在预热-冷却循环回路中，第二换热器（302）充当蒸发器、第三换热器（303）充当冷凝器；各循环回路之间通过换热器进行热量传递。

4.根据权利要求1所述的基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统，其特征在于：内燃机冷却循环回路中的流体工质为水，发电循环回路、冷却-预热循环回路的流体工质为有机工质，有机工质包括但不限于三氟二氯乙烷或四氟一氯乙烷。

5.基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统CFD仿真优化方法，包括权利要求1至4任一项的所述基于汽车内燃机冷却循环回路的发电系统，其特征在于：包括以下步骤：

S1，获取内燃机的工况参数；

S2，根据内燃机的工况参数，确定内燃机以及冷却循环回路的边界条件；

S3，设计内燃机冷却循环回路结构及实际管路布置图；

S4，建立内燃机和冷却循环回路的三维几何物理模型，并用网格划分软件对模型进行网格划分；

S5，设置内燃机和冷却循环回路的计算模型的边界条件，对模型进行仿真模拟，然后对模拟结果进行后处理；

S6，通过后处理结果输出提取冷却通道出口参数；

S7，判断模拟后内燃机是否满足其最佳工作温度要求，不满足就返回S3，满足就进行下一步；

S8，根据内燃机冷却通道出、入口参数，设计预热-冷却循环回路、发电循环回路结构及实际管路布置图；

S9，建立设计预热-冷却循环回路、发电循环回路装置结构及管路三维几何物理模型，并用网格划分软件对模型进行网格划分；

S10，设置预热-冷却循环回路、发电循环回路的计算模型的边界条件，对模型进行仿真模拟，然后对模拟结果进行后处理；

S11，根据后处理结果确定各个设备进出口工质的参数；

S12，根据各个设备进出口工质参数计算发电机发电效率，判断发电效率是否达到最佳，不是则返回S3，如果是，则得到发电系统最终优化模型，即各回路的设备、管道布置结构最佳。