船舶余热温差发电的数值模拟与实验装置设计

摘要

随着能源危机和环境污染日益严重，余热作为一种重要的能量来源，其回收利用广受关注。温差发电可将余热能量转化为电能，节能的同时降低有害物质排放，具有无污染、无噪音、结构紧凑、免维护等优点，是一种纯绿色能源技术。由于早期的温差发电装置安装成本较高;发电效率较低，限制了温差发电技术的应用。但随着热电材料的研发，安装成本和发电效率问题得到缓解，温差发电技术的应用逐渐被推广。但是，在船舶上的余热温差发电技术还未得到应用，对其可行性研究也相对较少。本文依据温差发电原理，主要针对船舶柴油机废气余热的利用，开展了船舶余热温差发电的数值模拟与实验装置设计研究，通过模拟结果验证了实际船舶余热温差发电装置应用的可行性。
　　首先，建立了船舶余热温差发电实验装置模型，并利用Fluent软件模拟其换热过程，分析对比不同结构尺寸和边界条件下实验装置模型的温度场分布情况，得出:为了较好的平衡高温烟气余热，烟道外壁与温差发电片热端之间应填充约14mm厚度的导热油;与强制风冷相比，实验装置冷端采用水冷方式时，散热效果更好;实验装置冷端采取水冷方式时，冷却水的最佳流速约为10m/s。
　　其次，根据已确定的船舶余热温差发电实验装置结构参数和边界条件，设计并搭建实验台，实验台的工作环境参照实际船舶机舱的工作环境。利用Fluent软件对实验装置的换热过程进行模拟，同时，通过实验验证了本文模拟方法的正确性，并根据实验结果对实验装置结构参数进行进一步修正和优化。
　　最后，依据本文船舶余热温差发电实验装置换热过程的模拟方法和修正、优化后的结构参数，对MAN& BW41V32/40式船舶主机的一段烟气管路在安装温差发电装置后的换热过程进行模拟，根据模拟结果验证了实际船舶余热温差发电装置应用的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 温差发电技术的发展历程

1．3 温差发电技术国内外研究及应用现状

1．3．1 国外对温差发电技术的研究及其应用综述

1．3．2 国内研究及应用综述

1．4 本文研究的主要内容

第2章 温差发电的基本原理及传热学基本理论

2．1 温差发电的基本效应

2．1．1 赛贝克效应

2．1．2 珀尔贴效应

2．1．3 汤姆逊效应

2．1．4 温差发电可逆效应各系数间的相互关系

2．1．5 焦耳效应

2．1．6 傅里叶效应

2．2 传热学基本理论

2．2．1 热传导

2．2．2 热对流

2．2．3 传热学的研究方法

2．3 温差发电装置的性能参数

2．3．1 温差发电装置的输出功率

2．3．2 温差发电装置的发电效率

2．4 热电材料的优值系数

2．5 本章小结

第3章 船舶余热温差发电实验装置的设计

3．1 CFD基本理论

3．1．1 CFD软件的构成

3．1．2 求解器基本方程及模型

3．2 船舶余热温差发电装置的结构设计

3．2．1 船舶余热温差发电装置的基本结构

3．2．2 网格划分及边界条件设定

3．2．3 对比分析

3．3 温差发电装置冷端冷却方式的对比与选择

3．3．1 边界条件设定

3．3．2 对比分析

3．4 水冷方式下冷却水流量的选择

3．5 本章小结

第4章 船舶余热温差发电装置的模拟与实验

4．1 船舶余热温差发电实验装置的系统结构

4．1．1 热端单元

4．1．2 热电转换单元

4．1．3 冷端单元

4．1．4 数据监测与采集单元

4．2 船舶余热温差发电实验装置的数值模拟

4．3 船舶余热温差发电实验装置的对比实验

4．4 船舶余热温差发电实船装置的数值模拟

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介