船用低速机废气分流余热回收系统设计与仿真研究
摘要
传统低速机实际有效输出功率占比较低，其排气能量还有很大利用价值，如何利用
排气能量以提高低速机功率输出是目前研究的重点之一。低速机排气过程一般从排气阀
开启持续到气阀关闭，高温废气和直流扫气掺混后排到集气箱，排气能量品质降低，不
利于余热系统获得更高温度的热源。如何优化排气系统以及利用排气余热是提高低速机
总功输出和能量利用率的重要研究领域。
本文以340系列低速机为研究对象，提出将高低温废气分级分流方法和余热回收技
术结合的废气利用手段，对系统进行热力分析并建立系统各部分数学模型。分析低速机
废气分流余热回收系统中的关键参数，对部件进行分析与选型设计，包括辅助风机、蒸
发器的设计及评价、膨胀机、工质泵的参数选择。利用GT-Power软件建立低速机废气
分流系统，根据不同排气相位废气能量分布特性，利用高低温排气阀实现低速机废气的
分流，提高废气品质，为余热系统提供高品位热源。设计并建立了ORC、RORC、DORC
和DRORC四种余热回收系统，开展各余热回收系统与低速机废气分流系统的耦合匹配，
完成低速机废气分流余热回收系统的设计。
筛选余热系统工质，分析多种工质组合，针对双级ORC系统采用R141b+R141b的
方案。分析低速机废气分流余热回收系统的热源温度、蒸发温度、蒸发压力、窄点温差、
过热度、回热度等热力参数对余热回收系统特性的影响，为热力参数的取值提供参考。
针对25%、50%、75%、100%工况，分析废气分流对低速机性能的影响，仿真计算
低速机废气分流余热回收系统总输出功率，研究废气分流适用工况及排气能量回收策略。
低速机25%工况、50%工况时，由于余热回收系统回收功率低于废气分流损失的有效功，
不适合废气分流；仿真计算75%工况和100%工况，最佳分流相位随工况不同而改变，
工况较高的最佳分流相位较早，总功最高的余热回收系统为DRORC系统，系统总功较
原机系统提高。
关键词:低速机；废气分级分流；余热回收；有机朗肯循环
船用低速机废气分流余热回收系统设计与仿真研究
ABSTRACT
ThetraditionalDieselenginehasarelativelylowoutputpower,anditsexhaustenergy
recoveryhasgreatvaluetouse.Howtousetheexhaustenergytoimprovethepoweroutputof
two-strokeDieselengineisoneofthefocusesofcurrentresearch.TheexhaustprocessofDiesel
enginegenerallylastsfromtheopeningoftheexhaustvalvetotheclosingofthevalve.After
themixingofhightemperatureexhaustgasandDCscavengingair,theexhaustenergyquality
isreduced,whichisnotconducivetothewasteheatsystemtoobtainahighertemperatureheat
source.Howtooptimizetheexhaustsystemandutilizetheexhaustwasteheatisoneofthekey
technologiestoimprovethetotalpoweroutputandenergyutilizationrateoftwo-strokelow-
speedDieselengine.
Inthispaper,340serieslow-speedengineistakenastheresearchobject,andamethodof
exhaustgasutilizationisproposed,w