汽车尾气余热回收热电发电

摘要

随着经济的快速发展，中国的汽车数量平均以每年超过1100万辆的速度快速增加。然而，当前的汽车燃料燃烧所释放出的热量中只有25％左右能被有效利用，超过30%的热量均以废热的形式随汽车尾气直接排放到环境中。因此，若能回收和再利用这一部分能量，将对提高汽车发动机效率，减少环境污染具有非常重要的意义。热电发电是一种可以将热能直接转化为电能进行发电的全固态绿色环保的能量转换方式，具有性能稳定、无噪声、使用寿命长等优点，在汽车尾气余热回收利用方面具有其独特的优势和良好的应用前景。
　　针对汤姆逊效应及陶瓷板、金属导流片、接触表面产生的附加热阻等影响热电模块性能的因素，本文通过数值模拟计算的方法，对比研究了考虑与不考虑汤姆逊效应及附加热阻时热电模块的性能。结果表明：相比不考虑汤姆逊效应和附加热阻，当热电模块的工作电流比较大时，考虑汤姆逊效应和附加热阻，热电模块的输出功率、热电转化效率及?效率均显著减小。且随着热端温度的增加，考虑和不考虑汤姆逊效应及附加热阻两者的最大输出功率差不断增大；最大热电转化效率差先增大后减小；最大?效率差不断减小。
　　此外，强化热端换热是提高热电发电器性能的主要手段之一。针对强化热端换热带来汽车尾气压降增加这一问题，本文提出了采用热电发电器的总输出功率减去为维持尾气压降不增加所需的泵功后的净输出功率为优化标准，通过数值模拟的方法，分别研究了保持热端换热器外部尺寸不变的情况下，热端采用锯齿错列肋片及泡沫金属强化换热时，热电发电器的性能变化。结果表明：采用锯齿错列肋片增强热端换热效果时，存在最佳的肋片间距和肋片厚度使得热电发电器的净输出功率达到最大值。采用泡沫金属增强热端换热时，同一种泡沫金属材料，孔隙率越低，孔密度越小，热电发电器的净输出功率越大。相比于锯齿错列肋片，采用多孔介质材料增强热端换热时，热电发电器虽可获得更大的总输出功率和热电转化效率，但由于汽车尾气流过热端换热器时的压降过大，净输出功率甚至为负值。为此，作为后续工作，本文提出具有热电发电和催化转化两个功能的新型热电发电器，以期避免汽车尾气流过整个排气系统时产生过大压降。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2热电发电简介

1.2.1 热电发电器结构

1.2.2 热电发电的基本原理和性能评价

1.3热电发电的研究进展

1.3.1 热电材料的研究

1.3.2 热电模块的研究

1.3.3 热电发电器换热研究

1.4本文研究内容

第二章 汤姆逊效应及附加热阻对热电模块性能的影响

2.1数学模型

2.2结果和分析

2.2.1 不考虑附加热阻时汤姆逊效应的影响

2.2.2 附加热阻对热电模块工作性能的影响

2.2.3 考虑附加热阻时汤姆逊效应的影响

2.3本章小结

第三章 热端换热器传热增强对热电发电器性能的影响

3.1数学模型

3.1.1 热电发电器

3.1.2 冷端换热器

3.1.3 热端换热器

3.2数学模型验证

3.3热端采用锯齿错列肋片时的结果和分析

3.3.1 肋片间距的影响

3.3.2 肋片厚度的影响

3.4热端采用泡沫金属时的结果和分析

3.4.1 孔隙率的影响

3.4.2 孔密度PPI的影响

3.4.3 采用泡沫金属时不同尾气进口温度下热电发电器的性能

3.4.4 热端换热器采用锯齿错列肋片和泡沫金属时的性能比较

3.5本章小结

第四章 全文总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢