汽车尾气温差发电冷端温度控制与发动机冷却系统兼容性研究

摘要

近年来，我国经济快速发展，汽车保有量大幅增加，各大城市雾霭天气不断出现，PM2.5居高不下，节能减排已经成为摆在我们面前一项紧迫而艰巨的任务。作为PM2.5“元凶”之一的汽车，如何节省汽车的燃油消耗和降低排放已经成为汽车行业发展的关键问题。汽车尾气中含有大量的热量，通过温差发电技术将这部分能量加以回收，转换成电能，供车载电器设备使用，可以提高车辆的燃油经济性，降低燃油消耗量。
　　 本文的研究是基于汽车尾气温差发电系统实验台架，首先介绍了温差发电系统的基本原理，温差发电系统的结构，通过仿真与实验相结合的方式比较了不同材料的气箱，不同形式的冷却水箱和不同的夹紧力对温差发电系统发电效率的影响。然后根据冷却水箱的位置，将气箱表面划分为6个区域，通过实验的方式获取了在温差发电装置最高工作温度时，每个区域的平均温度，作为计算冷却装置吸收热量的输入条件。
　　 在AMESim中建立了发动机冷却系统的模型，研究了在冷却循环过程中各个位置冷却水温度和流量的变化情况。在Simulink中搭建了温差发电系统冷却装置的模型，并将该模型导入到发动机冷却系统模型中。比较了大循环散热器前、大循环散热器后和小循环三种接入位置的优缺点以及对发动机冷却系统造成的影响。仿真结果表明在高速、大功率工况下整个冷却系统的温度升高5℃左右，原有发动机冷却系统能够同时满足温差发电装置和发动机的冷却要求。在低速、大功率工况下增加温差发电装置之后整个冷却系统温度升高20℃左右，原有的发动机冷却系统不能满足要求。
　　 针对这种情况，提出了提高水泵转速、增大散热器面积、增大冷却水箱自身散热和提高散热风扇转速四种解决方案。逐一分析了每一种方案的优缺点，可行性和对发动机造成的影响。冷却系统只有在低速、大功率工况下才不满足要求，增设一个散热风扇单位，提高风扇转速对发动机的燃油经济性、动力性等影响最小，为最佳方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 温差发电系统国内外研究现状

1．3 温差发电系统冷却装置的研究现状

1．4 主要研究内容

第2章 汽车尾气温差发电系统的基本原理及结构

2．1 温差发电效应

2．2 温差发电材料及模块

2．3 水冷系统和风冷系统的比较

2．3．1 水冷系统

2．3．2 风冷系统

2．3．3 实验与仿真结果及分析

2．3．4 结论

2．4 气箱结构

2．5 冷却水箱

2．5．1 冷却水箱形式

2．5．2 冷却水箱内部结构

2．5．3 冷却介质

2．5．4 独立水冷与联合水冷

2．6 安装位置

2．7 小结

第3章 发动机冷却系统的建模与仿真

3．1 概述

3．2 建模软件与基本理论

3．2．1 建模软件

3．2．2 冷却系统各部件理论计算

3．3 模型建立及验证

3．3．1 发动机冷却系统基本参数

3．3．2 模型建立

3．3．3 模型验证

3．4 小结

第4章 温差发电系统冷却装置的建模与仿真

4．1 概述

4．2 冷却装置的理论计算

4．3 建模参数获取

4．3．1 目的和意义

4．3．2 实验设计

4．3．3 实验进行

4．3．4 实验结果与数据处理

4．3．5 影响因素分析

4．4 冷却装置的建模及仿真

4．4．1 建模软件Simulink／Matlab

4．4．2 温差发电冷却系统的建模

4．5 并入发动机冷却系统联合仿真

4．5．1 温差发电冷却装置接入位置

4．5．2 联合仿真

4．6 本章小结

第5章 汽车尾气温差发电装置冷端结构的改进

5．1 提高水泵转速

5．2 提高散热风扇转速

5．3 增大散热器面积

5．4 增大冷却水箱自身散热

5．5 方案综合对比

5．6 小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 主要创新点

6．3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果