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电动汽车迎面气流能量回收装置设计与实验研究
| 论文题名： | 电动汽车迎面气流能量回收装置设计与实验研究 |
| 关键词： | 电动汽车;风能回收;模块化设计;原车模型 |
| 摘要： | 在动力电池性能和成本等因素制约下，大幅度提高电动汽车续航里程还很困难。因此，尽量降低电动汽车的行驶阻力和能耗，充分利用再生能量，是提高续航里程的有效途径。本文从回收电动汽车迎面气流能量的角度，利用电动汽车前舱空间设置包括风道和风力机的风能回收系统，将风能转化为电能，同时研究风能回收系统对降低汽车风阻的效果，从而实现纯电动汽车续航里程的增加。主要研究内容如下： 在研究了小型风力发电理论、各类小型风力机类型及特点的基础上，选择了升阻结合式的垂直轴风力机，结合国内外对小型风力发电系统在特殊场合应用的研究现状及发展趋势，确定了最终的风能回收系统总体方案。通过实车试验，对比有无风道两种情况下车速与前舱内风速之间的关系。基于浓缩风能型风力发电机能量转换理论，研究不同风道对气流的增速和引导效果，设计出本文的风道方案。根据可利用风能的大小及纯电动汽车前舱空间尺寸，选型并设计了升力型风力机的叶片数、叶片弦长、实度比、叶片翼型、叶片材料等。在升力型风力机的基础上，通过试验的方式研究不同类型、不同叶片数的阻力型叶片对原升力型风力机启动性能和输出功率的影响，得到最终的升阻结合式垂直轴风力机方案。为验证风道和风力机的性能，本文在CATIA中建立风道和风力机模型并将模型导入Ansys Workbench中，经过有限元仿真得出风力机运转的过程中风道内的流场情况，对风力机的模态分析还找出了风力机易受破坏的部位。 风道和风力机设计完成后，在Ansys CFX中研究风能回收系统对整车的空气阻力和空气升力的影响。在CATIA中分别建立原车模型、带有风道的原车模型、带有风道和风力机的原车模型，设计计算域，通过Ansys CFX后处理模块将汽车外流场的计算结果可视化，分析不同模型对汽车外流场的影响以及纯电动汽车空气动力学性能的变化情况。 最后，通过两次台架实验，找出回收效率与车速的关系，验证了风能回收系统的实际性能。第一次台架实验通过搭建包括风力机、风道、中型风扇、测量仪器等在内的实验平台，测量出不同风况、风力机处于不同位置情况下风道内的流场及风力机转速情况，找出了风道和风力机的最佳匹配位置。第二次实验使用大型风扇模拟外界风速，在第一次实验的基础上添加发电机、整流器、蓄电池、万用表等设备，得出风速在20km/h-60km/h之间时的风能利用系数。最后以奇瑞瑞麒M1EV纯电动汽车为例，估算本文设计的风能回收系统可回收的电能以及可为纯电动汽车节约的成本。 |
| 作者： | 李傲雪 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 江浩斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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