基于汽車尾氣溫差發(fā)電裝置換熱結(jié)構(gòu)仿真優(yōu)化與實驗.pdf

1、　　中國的汽車工業(yè)迅猛發(fā)展,2010年汽車產(chǎn)量已達1927.18萬輛,進入到汽車制造工業(yè)大國行列。汽車在行駛過程中,30%-40%的能量以高溫廢氣的形式被排放到大氣中,其低下的能源利用率既帶來能量浪費又會產(chǎn)生熱污染。
　　溫差發(fā)電技術(shù)可以將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能,將此項技術(shù)應(yīng)用于汽車,將汽車尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能,不僅提高了燃料的利用率,同時也降低了熱污染,這對于汽車節(jié)能減排是具有重要意義的。
　　溫差發(fā)電熱電轉(zhuǎn)換效率主要由

2、熱電材料性能與溫差發(fā)電模塊冷/熱端溫差決定,在熱電材料研究未取得突破性進展的前提下,提高溫差發(fā)電模塊冷/熱溫差是現(xiàn)階段的研究重點。本文從結(jié)構(gòu)入手,提出一種新型結(jié)構(gòu)的平板式溫差發(fā)電器矩形換熱通道,在通道內(nèi)壁面加入平直翅片以強化汽車尾氣與通道壁面之間的對流換熱強度,提高通道外壁面溫度,進而增大溫差發(fā)電模塊溫差,最終提高溫差發(fā)電器熱電轉(zhuǎn)換效率。
　　經(jīng)分析國內(nèi)外溫差發(fā)電器的研究現(xiàn)狀后,確定所研究的平板式溫差發(fā)電器換熱通道的外形尺寸,同

3、時根據(jù)該尺寸確定附著于其內(nèi)壁面的翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)(長度l、間距d和高度h)。利用GAMBIT和FLUENT進行建模與仿真,發(fā)現(xiàn)翅片管道的換熱性能是要優(yōu)于光滑管道的。通過對翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化后,得到不同翅片管道的綜合換熱效率隨之變化的趨勢,使得管道換熱性能最佳的翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)：l=400mm, d=20mm,h=50mm,在入口流速為10m/s時其綜合換熱效率達到1.25。
　　根據(jù)仿真結(jié)果,選擇包括光滑管道、普通翅片管(Ⅰ型翅片管

4、)和最佳翅片管(Ⅱ型翅片管)在內(nèi)的三種管道作為溫差發(fā)電器換熱通道搭建實驗臺進行驗證實驗。在一定的入口氣體速度和溫度條件下,測量換熱通道的壁面溫度,溫差發(fā)電模塊的開路電壓、負載電壓以及管道的壓力損失,并計算三種管道的外壁面平均溫度及溫差發(fā)電模塊的發(fā)電功率。實驗結(jié)果表明,翅片管的壁面平均溫度、開路電壓、負載功率均要高于光滑管道,其中Ⅱ型翅片管是最高的。在入口溫度為200℃,流速為30m/s時,其壁面平均溫度較光滑管道提高22.7%,開路電壓