刘 杨，李运泽†，张亚男，王胜男

（1. 北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京 100191；2. 北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院，北京 100191）

基于有机朗肯循环的APU余热回收系统性能分析*

刘 杨1，李运泽1†，张亚男1，王胜男2

（1. 北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京 100191；2. 北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院，北京 100191）

为有效利用飞机辅助动力装置（Auxitlary Power Unit , APU）排气余热，基于有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）发电系统，构建了APU余热回收系统。系统以APU排气余热为输入，驱动ORC做功，输出电能，为机载设备提供二次能源。结合工程热力学原理，建立系统热力学模型，并通过Matlab编程对余热回收系统进行了仿真计算及性能分析。仿真结果表明，系统功率及效率随飞行马赫数增加而降低；APU余热回收系统在飞机低音速飞行时有良好的性能；马赫数小于1时，系统功率在12 kW以上，效率在11%以上，耗气率低于0.0262 kg/kJ。

有机朗肯循环；APU；余热回收；二次能源

0 引 言

APU是装在飞机上的一套不依赖机体外任何能源、自成体系的发动机[1-2]。相关研究表明，燃气在汽缸中的温度高达2 500℃～3 000℃，且汽缸中燃料放出的热量有一半左右被废气带走[3]，因此APU排气携带大量余热，若将这部分热量回收利用，可有利于提高燃油利用率。

ORC是回收低品位热能的有效技术途径，ORC发电不需要燃料，减少了石油化工燃料的消耗及CO2的排放，有利于生态环境保护[4]。国内外学者对利用ORC回收地热能、太阳能、工业余热、发动机余热等做了大量相关研究[5-12]。

本文以ORC发电系统为核心，构建APU余热回收系统，将APU排气余热转换为电能，并对系统进行了热力学建模及仿真计算，分析了不同马赫数下系统性能。……