高温热交换器在涡轮柴油机中的应用

后燃室AK（见图7-8）排放高温气体至热交换器H1。其热量用来加热排出的压缩空气。在表7-7中，可以观察到入口温度为2122K（1849℃），这个温度太高，用任何钢材制造的热交换器都难以承受这样的高温。惟一的解决方案是使用有名的耐热材料碳化硅，碳化硅即使在如此高温氧化流中也是非常稳定的，所以广泛应用于挤压制造工艺。碳化硅能抵制热与机械冲击，并且具有较高的热导率。McDonald（2003）曾经在综述中预测到，陶瓷换热器在微型燃气轮机中具有良好的应用前景。

表7-7 热交换器H1的参数

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我们这个热交换器与单体型HEX相似，由NorskHydro公司制造，如图7-3所示。因为它是涡轮柴油机的重要组成部分，通过初步计算得到的具体数据来预测它的质量与尺寸见表7-5。假设H1是理想绝热，由于采用具有高热导率的碳化硅材料（490W/mk），所以散热可以忽略不计。两边都是采用边长为2mm的正方形通道，总的传热系数为58.8W/m²K，平均对数温度降为139K，平均的比热流为139×58.8＝8173W/m²，则换热面积为158.74/8.173＝19.4m²。可以保证，那样一个装置可以通过压塑碳化硅获得，如果有人感兴趣，可以看看陶瓷过滤器技术简介（2006）。带有2mm通道的汽缸，活性表面积为10.7m²，直径为142mm，长度为864mm，质量大概为25kg。对用于举例的柴油涡轮机来说，2个汽缸足够了，总质量大概为50kg。甚至可以应用在小汽车上。将一辆柴油机机车增加氧气膜反应器变成零排放的柴油涡轮机，可以使功率从52kW变成217kW，效率从35％变成48％。膜反应器额外增加的质量大概为设计引擎的质量，总质量的增加相对于功率的增大不到一半。这证实了在不久的将来可以对涡轮柴油机进行更深入的研究。