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原文传递车用内置式高强度温差发电器关键技术研究

论文题名：	车用内置式高强度温差发电器关键技术研究
关键词：	车用;内置式;高强度;温差发电器;热电转换;结构优化设计;换热性能;发动机排气;三维虚拟设计;元件;遗传算法;汽车;强化传热;热电偶;平板式;直接转换;算机仿真;径向速度;管束间距;通道
摘要：	节能减排是汽车工程发展的一个重要趋势，也是缓解能源问题和环境问题的客观要求。在汽车消耗的能量中，汽车排气约带走燃油燃烧总热量的三分之一。20世纪70年代以来，国外学者提出了采用发动机排气管外热电直接转换的方式，将排气余热转换为电能，供给车辆使用，提高汽车能源利用率。但是至今，所研究出的温差发电器转换效率不高、结构不紧凑，影响了这一技术的推广应用。　　汽车发动机排气余热回收利用，要求车载温差发电器具有高能量密度和大功率输出的特点。为此，本文研究了一种新型内置式温差发电器的关键技术，包括：虚拟结构设计、流动与传热的数值分析、数值优化设计。　　内置式温差发电器中的热电转换是高温、高速排气流的流速场、耦合温度场与热电偶转换电场之间的能量转换，强化这一转换过程，将可以有效地提高热电转换的效率。本文采取了强化传热的原理和技术，对内置式温差发电器进行了理论分析、数学建模、优化设计和计算机仿真，探索在现有热电材料的基础上，实现高效热电直接转换的方式和技术。本文的研究和结论为车用内置式温差发电器的设计提供了依据。　　本文主要进行了以下几个方面的工作：　　 1．内置式温差发电器具体结构的虚拟设计，采用UG软件，根据发动机排气状态，对发电器的整体结构尺寸、热电转换元件的布置形式进行了三维虚拟设计。其中，热电转换元件的冷、热端分别独立设置，热通道内的转换元件热端直接与排气流进行对流换热，可以有效地强化传热效果、提高元件的热流密度；冷通道内的转换元件冷端采用强制循环水冷，可以有效降低其冷端温度，从而增大发电器的工作温差，提高热电转换输出功率，同时做到结构紧凑，使发电器的功率密度得到提高。　　在温差发电器虚拟设计的基础上，针对发动机热电转换的特点，设计了温差发电器给车用蓄电池充电的电路。　　 2．基于FLUENT的温差发电器模型换热性能分析，仿真结果显示，内置式温差发电器换热性能比平板式温差发电器提高30％以上；传热是由流动决定的，平板式温差发电器的径向速度不到1m/s，而内置式温差发电器的径向速度可达20m/s，对传热的影响不可忽略；相同的通道面积内置式温差发电器的换热面积是平板式温差发电器的3倍。　　 3．内置式温差发电器的叉排结构和顺排结构的换热性能以及流动性能的计算机仿真，结果显示，在不同的入口条件下，叉排结构换热性能优于顺排结构，但流动阻力稍大于顺排结构；研究了不同热电偶管束间距对换热和流动的影响。　　 4．运用遗传算法对温差发电器的结构进行优化设计，针对不同热电偶管束间距，使发电器的换热系数达到最大值；实践表明，应用遗传算法对温差发电器的结构优化设计有一定的指导意义。
作者：	于广
专业：	机械电子工程
导师：	张征
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文