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

1、　　中國(guó)的汽車(chē)工業(yè)迅猛發(fā)展,2010年汽車(chē)產(chǎn)量已達(dá)1927.18萬(wàn)輛,進(jìn)入到汽車(chē)制造工業(yè)大國(guó)行列。汽車(chē)在行駛過(guò)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(lái)能量浪費(fèi)又會(huì)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(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē),將汽車(chē)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(shí)也降低了熱污染,這對(duì)于汽車(chē)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(jìn)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(diǎn)。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(qiáng)化汽車(chē)尾氣與通道壁面之間的對(duì)流換熱強(qiáng)度,提高通道外壁面溫度,進(jìn)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(guó)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(shí)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(zhǎng)度l、間距d和高度h)。利用GAMBIT和FLUENT進(jìn)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(guò)對(duì)翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)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(shì),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(shí)其綜合換熱效率達(dá)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(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在一定的入口氣體速度和溫度條件下,測(cè)量換熱通道的壁面溫度,溫差發(fā)電模塊的開(kāi)路電壓、負(fù)載電壓以及管道的壓力損失,并計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,翅片管的壁面平均溫度、開(kāi)路電壓、負(fù)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(shí),其壁面平均溫度較光滑管道提高22.7%,開(kāi)路電壓