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原文传递汽车尾气热电发电系统仿真及实验研究

论文题名：	汽车尾气热电发电系统仿真及实验研究
关键词：	汽车尾气热电发电系统;隔温方法;数学模型
摘要：	在汽车运行过程中高达40％的燃油热量随汽车尾气排放而耗散，使用热电发电技术针对汽车尾气能量进行回收，将低品质的热能量转换为高品质可直接利用的电能量并加以合理利用，是当前国际研究的热点问题。基于热电技术的汽车尾气能量热电发电系统具有绿色环保、性能稳定、无机械振动、使用寿命长等特点，在汽车节能减排方面具有广泛的应用前景，但当前的研究工作多停留在热电材料及热电器件制备阶段，缺乏关于汽车尾气热电发电系统的综合研究。本文针对应用于车载环境的汽车尾气热电发电系统进行了仿真及实验研究，首次较为系统的探讨了热电器件车载环境下的服役行为与输出特性、尾气能量收集与传递、电能合理调制等问题，为后期的车载热电发电系统的有理化设计及实际应用提供技术支持。本文的主要工作如下：　　（1）在分析汽车尾气能量特征的基础上，利用所搭建的热电器件实验台架，通过建立冷、热端温差和调整冷热端压紧力，研究和分析热电器件冷热端温差、压紧力与电输出性能参数之间的关系和规律，验证热电器件面向车载环境的稳定性、耐久性和抗腐蚀性，同时基于实验数据建立了描述热电器件的温度-功率输入输出特性的数学模型，为后期的车载热电系统数学建模及仿真提供支持。　　（2）提出了一种基于近似建模理论和多岛遗传算法的汽车尾气热电发电系统热端气箱内流场和温度场的优化方法。本文以热端气箱内部扰流板的结构参数（长度、间距、角度、厚度）为研究对象，以热端气箱表面的温度均匀分布和排气背压低为优化目标，使用优拉丁超立方设计方法对描述热端气箱内部扰流板分布特点的参数进行了试验设计，辨识影响温度均匀分布和排气背压的关键参数；利用近似建模方法和多岛遗传算法对热端气箱的内流场及温度场进行了优化，得到了一组最佳的内部扰流板分布参数。仿真及实验结果表明，优化后的气箱具有较好的温度均匀性和较低的排气背压。　　（3）通过实验测试手段研究了工作在均匀分布和梯度分布温度场下热电器件组串联和并联电路连接条件下的电能调制输出特性。实验结果表明热电器件组采用串联电路连接时功率损失较小，是比较理想的电路连接方式；通过实验调整热电器件热端的热传导，改善了热电器件间电特性的不一致性，同时提出了低温热电器件在较高高温区间使用的隔温方法，提高了热电发电系统的最大输出功率。　　（4）在前期热电器件数学模型的基础上，建立了一套以尾气质量流和温度的为输入条件的描述汽车尾气能量热电发电系统功率输出特性的数学模型，研究并分析了集成在车载平台上的尾气热电发电装置在各典型工况上电功率输出及节油潜力；以某越野车作为车载平台，提出并完成了“四箱气路并联”的热电发电系统车载集成，并进行了高速公路及转鼓试验台条件下的实验测试与验证，实验结果表明所建立的热电发电系统模型与测试结果一致，能较好的描述车载热电发电系统的输入输出特性。
作者：	汤泽波
专业：	车辆工程
导师：	黄松;邓亚东
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文