基于热管的汽车尾气余热回收装置设计与实现

摘要

汽车油料燃烧产生的能量并没有得到有效利用，其中40％随着尾气以热量形式散失到大气中。对汽车尾气余热进行回收和循环利用，可以有效提高汽车燃料的利用效率，在能源与环境问题日益突出的今天，具有重要的经济价值和环保意义。
　　本文设计了用于汽车尾气余热回收研究的实验平台。首先根据目标传热量和工作温度区间对热管进行了设计，确定了热管的碳钢一水材质和具体的规格尺寸;然后根据所要研究的具体内容确定了热管换热器的结构;最后为实验平台设计了配套的参数测量系统，并将其与热管换热器一起接入汽车的排气系统中，完成实验平台的搭建。
　　在实验平台上进行了实验研究，得出以下结论:(1)热管数量是影响热回收装置工作性能的重要因素，汽车运行工况一定时，适当增加热管的数量可以提高热回收效率，回收热量也相应增多;(2)热管排布方式对热回收装置的工作性能存在影响，热管数量一定时，交叉排列的效果略优于顺序排列;(3)在一定范围内热管倾斜角度越大（冷凝段位于蒸发段之上），热回收装置的工作性能越好;(4)热回收装置工作时，热管换热器在与尾气流动方向垂直的同一截面内，中间位置的尾气温度低于四周的尾气温度;(5)发动机转速越高，热回收装置的工作性能越好，在本文所设计的实验中，当发动机转速为2500rpm时，热回收装置从尾气中获得2.14kW热量，热回收效率为29.43％。
　　本文创新之处在于设计热管换热器时采用了非固定式结构，能够根据实验目标调整热管的数量和位置，因此可以用一套实验平台完成不同的研究内容。另一创新之处是利用实验的方法研究热管换热器内流体温度的变化规律，与目前流行的数值模拟和CFD仿真方法相互验证，对推动汽车尾气余热回收的应用发展具有一定的价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 汽车尾气余热回收技术研究现状

1．2．1 温差发电

1．2．2 朗肯循环

1．2．3 空调制冷

1．2．4 车厢采暖

1．3 本文主要内容

第2章 余热回收技术理论基础

2．1．1 热计算基本方程式

2．1．2 平均温差

2．1．3 传热有效度

2．2 热管及热管理论

2．2．1 热管工作原理

2．2．2 热管应用技术

2．2．3 热管传热极限

2．3 本章小结

第3章 汽车尾气可回收热量理论分析

3．1 汽车尾气状态测量方法

3．1．1 尾气流量测量

3．1．2 尾气温度测量

3．2 不同工况下汽车尾气状态测量

3．3 汽车尾气可回收热量的理论计算

3．4 本章小结

第4章 汽车尾气余热回收实验平台的设计

4．1 热管设计

4．1．1 热管材料和结构的选择

4．1．2 热管设计计算与校核

4．2 热管换热器设计

4．3 实验平台设计

4．3．1 参数测量系统设计

4．3．2 汽车尾气余热回收实验平台总成

4．4 本章小结

第5章 实验方案设计与实验数据分析

5．1 实验研究内容

5．2 实验方案设计

5．3 数据分析及结论

5．3．1 实验数据处理

5．3．2 热管数量对热管换热器性能的影响

5．3．3 热管排布方式对热管换热器性能的影响

5．3．4 热管倾斜角度对热管换热器性能的影响

5．3．5 尾气温度在热管换热器内部的变化规律

5．4 本章小结

6．1 本文总结

6．2 本文创新点

6．3 课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目