Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Integrated engine waste heat recovery by combination ofevaporative engine cooling and Rankine bottoming cycle.
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 25 credits / 37,5 HE creditsStudent thesisAlternative title
Återvinning av motorvärme i lastbilsmotorergenom att kombinera ett evaporativt motorkylningssystemmed en Rankine-cykel. (Swedish)
Abstract [en]

Engine Cooling losses constitutes about 20% of the injected fuel energy in a modern

heavy duty truck diesel engine. The objective of this Master Thesis Project is

to investigate flow boiling cooling as a thermally efficient method for waste heat

recovery as well as a good solution for precision cooling.

First, an engine heat transfer model was implemented on GT-suite software in order

to estimate heat fluxes within the engine cylinder. Liners being less thermally

constrained than the cylinder head, flow boiling cooling was then investigated in

the liner’s water jackets. A more adapted heat transfer model taking into account

both gas side and cooling side of the liner was thus implemented on Simulink.

Unlike commercials software, this simple model allowed to implement the relevant

two-phase heat transfer correlations and to study in details the boiling flow behaviors.

The hydraulic diameter of the water jackets, the fluid saturated pressure and

the surface area of heat transfer are the major parameters and they were studied

for various mass flow rate in order to analyze how they influence wall temperature

and heat transfer.

This study showed good operating conditions for very low mass flow rate (about 1% of the typical mass flow rate for liquid convective cooling). Due to flow control issues, it implied the consideration of other fluids such as refrigerants but showed good prospect for cooling system simplification. This flow boiling model was finally inserted in a complete Rankine loop model using water as a working fluid to study potential efficiency improvements. A Rankine loop using water as a working fluid would thus improve the heat recovery of the considered engine of about 4.8% of the net engine brake power, recovering heat from the liners and the exhaust gases at 1800RPM, full load. Further simulations have also been led with R245fa, which shows a WHR of about 5.5% of the net engine brake power at 1800RPM, full load.

Abstract [sv]

Motorns kylförluster utgör ca 20 % av energin som injiceras i dieselmotorn på

en modern lastbil. Målet med detta examensarbete är att undersöka om flödes

kokande kylning är en termiskt effektiv metod för att återvinna spillvärmes och en

effektiv lösning för precisionskyla.

Först genomfördes en motorvärmeöverföringsmodell på GT-suite för att beräkna

värmeflöden i motorcylindern. Eftersom cylinderfoder är mindre termiskt begränsade

än topplockundersöktes flödes kokande kylning i cylinderfoder. En mer anpassad

värmeöverföringsmodell med hänsyn till både avgas- och kylmedelsidan på

cylinderfoder genomfördes således med Simulink. Till skillnad från kommersiella

programvaror, gör denna enkla modell det möjligt att utföra 2-fas värmeöverföringskorrelationer

och studera flödes kokande beteendet i detalj. De viktigaste parametrarna (vattenmantelns hydrauliska diameter, vätsketrycket och ytan av värmeöverföringarna) studerades för olika massflöden för att analysera hur de påverkar väggtemperatur och värmeöverföring.

Undersökningen visade goda arbetsförhållanden för mycket låga massflöden (ca

1 % av det typiska massflödet för konvektiv vätskekylning). På grund av problem

med flödesregleringen, behövde andra vätskor beaktas som köldmedier men

hade god potential för att kyla systemet effektivt. För att studera potentiella

förbättringar av energieffektiviteten infördes den flödes kokande modellen slutligen

i en komplett modell av en Rankine-krets där vatten användes som kylmedel.

En Rankine-krets med vatten skulle förbättra värmeåtervinningen på den avsedda

motorn med 4,8 % motorns bromskraft, genom att återvinna värme från cylinderfoder

och avgaserna vid 1800 RPM, full belastning. Ytterligare simulationer har

också hållits med R245fa, som visar en återvinning av spillvärmen med 5,5 % av

motorns bromskraft vid 1800 RPM, full belastning.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 125 p.
Series
MMK 2014:09 MFM 155
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-156866OAI: oai:DiVA.org:kth-156866DiVA: diva2:768273
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-03 Created: 2014-12-03

Open Access in DiVA

Integrated engine waste heat recovery by combination of evaporative engine cooling and Rankine bottoming cycle.(3742 kB)261 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3742 kBChecksum SHA-512
8b80fbe0483f08f9d90e08a3d42008ddd0111dd0a9229b461c656e9e2278250063fba23a37fbed99da2213937e2d7c4898dae29c0be53daebec1613aaa6d1dbc
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 261 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 281 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf