汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在汽車運(yùn)行過(guò)程中高達(dá)40％的燃油熱量隨汽車尾氣排放而耗散，使用熱電發(fā)電技術(shù)針對(duì)汽車尾氣能量進(jìn)行回收，將低品質(zhì)的熱能量轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)可直接利用的電能量并加以合理利用，是當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)問(wèn)題?；跓犭娂夹g(shù)的汽車尾氣能量熱電發(fā)電系統(tǒng)具有綠色環(huán)保、性能穩(wěn)定、無(wú)機(jī)械振動(dòng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在汽車節(jié)能減排方面具有廣泛的應(yīng)用前景，但當(dāng)前的研究工作多停留在熱電材料及熱電器件制備階段，缺乏關(guān)于汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)的綜合研究。本文針對(duì)應(yīng)用于車載環(huán)境的汽車尾

2、氣熱電發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)研究，首次較為系統(tǒng)的探討了熱電器件車載環(huán)境下的服役行為與輸出特性、尾氣能量收集與傳遞、電能合理調(diào)制等問(wèn)題，為后期的車載熱電發(fā)電系統(tǒng)的有理化設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持。本文的主要工作如下：
　?。?）在分析汽車尾氣能量特征的基礎(chǔ)上，利用所搭建的熱電器件實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，通過(guò)建立冷、熱端溫差和調(diào)整冷熱端壓緊力，研究和分析熱電器件冷熱端溫差、壓緊力與電輸出性能參數(shù)之間的關(guān)系和規(guī)律，驗(yàn)證熱電器件面向車載環(huán)境的穩(wěn)定性、

3、耐久性和抗腐蝕性，同時(shí)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了描述熱電器件的溫度-功率輸入輸出特性的數(shù)學(xué)模型，為后期的車載熱電系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模及仿真提供支持。
　?。?）提出了一種基于近似建模理論和多島遺傳算法的汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)熱端氣箱內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的優(yōu)化方法。本文以熱端氣箱內(nèi)部擾流板的結(jié)構(gòu)參數(shù)（長(zhǎng)度、間距、角度、厚度）為研究對(duì)象，以熱端氣箱表面的溫度均勻分布和排氣背壓低為優(yōu)化目標(biāo)，使用優(yōu)拉丁超立方設(shè)計(jì)方法對(duì)描述熱端氣箱內(nèi)部擾流板分布特點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行了試

4、驗(yàn)設(shè)計(jì)，辨識(shí)影響溫度均勻分布和排氣背壓的關(guān)鍵參數(shù)；利用近似建模方法和多島遺傳算法對(duì)熱端氣箱的內(nèi)流場(chǎng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了一組最佳的內(nèi)部擾流板分布參數(shù)。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的氣箱具有較好的溫度均勻性和較低的排氣背壓。
　?。?）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段研究了工作在均勻分布和梯度分布溫度場(chǎng)下熱電器件組串聯(lián)和并聯(lián)電路連接條件下的電能調(diào)制輸出特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱電器件組采用串聯(lián)電路連接時(shí)功率損失較小，是比較理想的電路連接方式；通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)

5、整熱電器件熱端的熱傳導(dǎo)，改善了熱電器件間電特性的不一致性，同時(shí)提出了低溫?zé)犭娖骷谳^高高溫區(qū)間使用的隔溫方法，提高了熱電發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出功率。
　?。?）在前期熱電器件數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了一套以尾氣質(zhì)量流和溫度的為輸入條件的描述汽車尾氣能量熱電發(fā)電系統(tǒng)功率輸出特性的數(shù)學(xué)模型，研究并分析了集成在車載平臺(tái)上的尾氣熱電發(fā)電裝置在各典型工況上電功率輸出及節(jié)油潛力；以某越野車作為車載平臺(tái)，提出并完成了“四箱氣路并聯(lián)”的熱電發(fā)電系統(tǒng)車載