汽车尾气余热温差发电装置优化与分析

摘要

随着汽车工业的迅猛发展，全球经济的发展得到了快速地推进，与此同时，大量的石油资源也消耗得几近枯竭，并产生过量温室气体及 NOX、PM等污染物排放。汽油是汽车的主要动力能源，在实际使用中仅利用了大致30％，40%左右都以汽车尾气的形式排放掉和被冷却系统冷却掉。本文涉及一种圆筒式汽车尾气温差发电装置，利用温差发电技术回收汽车尾气中的余热。换热器是温差发电装置热端的主要部件，其表面温度的大小与均匀程度对温差发电装置的输出有很大的影响。本文针对废热回收再利用，主要对温差发电装置换热器以及该装置整体结构展开了相关的研究。
　　本文根据换热器内置翅片结构的不同，提出了两种换热器，即螺旋斜翅片换热器和螺旋线翅片换热器，主要研究螺旋斜翅片螺旋角、螺旋线翅片螺距、翅片厚度和翅片高度对换热器热性能的影响，其换热器热性能是以温度均匀性系数、换热器背压和壁面平均温度为指标来体现的。在CATIA三维建模软件中建立了上述带有不同的翅片结构的换热器模型，并导入到ANSYS Workbench仿真平台中，建立换热器流固耦合共轭换热计算模型，通过 GT-Suite获取指定的发动机工况下的边界条件，利用CFD软件CFX展开数值仿真研究。
　　通过翅片结构对换热器热性能影响的仿真结果，对螺旋线翅片换热器进行了优化，提出了变螺距式螺旋线翅片换热器，对上述新、旧换热器做了相同的热分析过程。最后，对带有该变螺距式螺旋线翅片换热器的温差发电装置模型进行了模拟仿真，估算出了该装置能产出的最大电能。本文的研究方法为以后汽车尾气余热温差发电装置的设计和改进提供了方法指导。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景、意义及目的

1.2 国内外温差发电技术研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 汽车尾气余热温差发电装置概述

2.1温差发电基本原理

2.2 温差发电装置的组成和主要结构

2.3 汽车尾气余热温差发电装置设计

2.4温差发电材料

2.5 本章小结

第3章 计算流体动力学基本理论及分析软件

3.1 计算流体动力学(CFD)的简介

3.2 CFD基本函数模型

3.3 有限元软件ANSYS Workbench介绍

3.4 本章小结

第4章 温差发电装置换热器数值模拟

4.1计算模型的建立

4.2 模型网格划分

4.3边界条件

4.4 适用于圆筒式换热器的壁面温度均匀性系数γ

4.5 计算结果和分析

4.6变螺距式螺旋线翅片换热器仿真

4.7 本章小结

第5章 基于优化换热器的温差发电装置模拟

5.1温差发电装置计算模型和边界条件

5.2 温差发电装置模型温度场计算结果

5.3计算结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢