汽车保有量的不断增加造成对石油资源的巨大消耗,在新能源汽车代替传统内燃机作为动力的汽车之前,提高内燃机的效率是减少石油消耗、缓解能源危机的重要途径。缸内燃烧技术日益完善,很多科学家已经开始研究回收内燃机废气能量,这部分能量约占燃料燃烧放出热量的三分之一。利用朗肯循环回收废气能量是一种比较有效的途径。国外一些公司和研究机构已经进行过相关的试验,国内在这方面还处于理论研究阶段。本文在一台柴油机的基础上开发了基于朗肯循环的废气能量回收试验系统。首先,研究朗肯循环的原理和工作过程,推导出内燃机-汽轮机联合循环的计算公式,得出联合循环效率的决定因素。使用GT-POWER软件建立了试验用内燃机的工作过程仿真模型,经实验验证,该模型具有足够的准确性,在此基础上研究了排气背压的上升对内燃机性能的影响,以指导换热器设计。由热力学知识分析朗肯循环的参数对其效率的影响,根据试验用内燃机排气的温度和流量参数和现有的试验条件,选定试验用工质为水,并确定了朗肯循环的主要参数。由产汽量和换热面积的关系确定了废气在换热器出口的温度,从而确定了蒸汽流量。根据蒸发器设计的约束条件确定了合理的设计步骤,并设计出预热器以及蒸发和过热器。为指导内燃机工况变化时的废气能量回收试验,研究了换热器性能随废气温度和流量参数变化规律,并用MATLAB程序计算出各种废气温度和流量下的产汽量。选用合适的试验设备,构建基于朗肯循环的内燃机废气能量回收试验系统。通过压力试验证明了该试验系统的安全性。试验证明换热器能达到设计的产汽能力,汽轮机能够正常启动,说明该试验系统开发是基本成功的。