涂 鸣，张国涛，夏 晨，胡大伟，曾 荣，周 勇

拖拉机排气余热板翅式蒸发器热力性能分析与参数优化

涂 鸣1,2，张国涛1,3，夏 晨1，胡大伟4，曾 荣1,2，周 勇1,2※

（1. 华中农业大学工学院，武汉 430070；2. 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室，武汉 430070；3. 华中科技大学机械科学与工程学院，武汉 430074；4. Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, 48824）

利用拖拉机排气余热能够有效降低燃油消耗，其中基于有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）的余热能量转换效率最高。该研究根据拖拉机实际空间尺寸，试制了一种板翅式蒸发器用以回收柴油机排气余热。基于移动边界法建立排气与工质对流传热数值模型，结合台架试验数据验证模型有效性，并定量分析了柴油机全工况下蒸发器热力性能。为提高蒸发器传热量和适用范围，采用CFD仿真和BP神经网络进一步分析非设计工况时蒸发器传热特性，并对结构与工质参数进行优化。结果表明：1）蒸发器热力性能随转速和负载增大而提高，最大传热量为69.89 kW，在中低转速负载工况下，蒸发器出现传热不稳定现象；2）增加接管倒角和改变翅片形状，在蒸发器尺寸不变条件下传热量可提高5.2%，传热面积增大0.19 m2；3）通过优化流道、工质流量和进口温度，能够改善中低负载工况热力性能，如柴油机1 500 r/min时，工质流量可在0.03～0.08 kg/s范围变化，最大传热量可达19.46 kW。研究结果可为蒸发器实际应用于拖拉机及与柴油机工况匹配提供参考。

拖拉机；优化；排气余热；蒸发器；热力性能

0 引 言

拖拉机在田间作业时发动机燃油效率仅为15%～35%，排气能量占到燃油释放能量的38%～45%[1]，回收再利用排气余热有助于提高燃油利用率，降低排放。……