发动机排气管余热发电研究

本文介绍了一种发动机排气管余热发电方法,探讨了适用于该方法的发电装置.本体为管状结构,其管壁为热电转换器主体,中部为排气管路通道,外层设有低温冷却端,内壁设有高温吸热端,电流输出端子分别接低温冷却端和高温吸热端.将本发电装置的高温吸热端直接放入排气管内,使其充分吸收热量,同时车体、空气及发动机冷却水对热电转换器低温端进行冷却.利用车船发动机排气管800℃以上的高温和冷却端的低温进行温差发电,使能源再利用,节约能源.     

TEG应用对混合动力汽车燃油经济性影响分析

车载温差发电器(TEG)是一种将汽车尾气中的热能直接转化为电能的新型装置,热电材料技术的日益进步使得TEG在汽车上的应用成为可能.为了研究加装这种温差发电器对车辆燃油经济性的影响,根据热电转换基本理论建立了温差发电器的Simulink仿真模型,然后基于ADVISOR仿真平台搭建了一种并联式混合动力汽车的顶层仿真模型.同时又以实验室物理样机为对象分别建立了多个TEG仿真模型,通过仿真实验对获得的实验数据进行分析后提出温差发电器比功率的概念,据此对TEG配置与整车油耗之间的相互关系进行了解释,为开发更加高效的尾气温差发电混合动力汽车提供了理论依据.     

基于ANSYS和FLUENT的内燃灶进排气管设计

针对传统燃气灶和吸油烟机存在的诸多弊端,本文基于ANSYS和FLUENT给出了内燃灶的结构原理,建立了内燃灶进排气管结构模型,并对进气管和排气管内的气体进行流场和温度场的仿真分析,仿真结果表明,在两个管内部的形状突变处和靠近进气口处,气体处于紊流状态,在管内靠近出气口处是比较稳定的层流状态。这种层流状态有利于气体流通,但不利于排气管内部高温气体与外部进行热交换,大量的热通过排气管排出室外,不利于废气余热再利用;同时,经分析,理论废气温度与实验数据存在较大的偏差,可见排气管中废气温度的变化与原理样机实验结果中废气温度的变化相吻合。该研究对废气余热利用和内燃灶功能的实现具有重要作用。     

基于双有机朗肯循环的柴油机余热回收系统性能分析

有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）余热回收技术能够将车用发动机排气余热能高效转化为机械能或电能输出,从而有效提高发动机效率.针对当前车用ORC余热回收技术的发展动态进行了研究,主要包括该技术在数值模拟、控制策略以及关键部件（膨胀机、换热器、工质泵）等方面的研究进展,并对未来研究的发展方向进行了展望.研究结果表明,利用ORC系统对车用发动机尾气余热能进行回收的技术方案具有广阔的发展前景,但目前针对实际工况下车用发动机与ORC系统的动态匹配特性、车用ORC余热回收系统的三维仿真与实验测试、适用于车用ORC余热回收系统的关键部件优化设计等还有待进一步研究,因此,该技术方案距离产业化还有一定距离.今后,车用ORC余热回收系统的高性能部件的开发、高度集成化的实验与仿真、智能化控制系统等将成为未来研究的重点.

     

回收发动机余热加温30m~3厌氧消化器

本研究的主要目的在于解决30m~3中温厌氧消化器的加温热源及其加温的方法。我们采用回收发动机气缸冷却水和排出废气的余热作为经济加温热源,研究了回收发动机余热的工艺流程、设计、制造了回热装置。经试验,余热回收率在43%以上,说明了利用发动机的余热完全可以满足消化器的中温发酵的要求。     

温差发电元件串并联性能实验

为降低数据机房的能源消耗,研究了温差发电技术回收利用数据机房低温余热的装置设计,并通过搭建的小型温差发电模拟装置进行了实验研究,得到了不同数目温差发电片的热电模块在不同温差下的短路电流、开路电压和负载功率的实验数据。分析结果表明:温差发电片按串联、并联方式连接的短路电流和开路电压均随温度差和连接温差发电片数目的增加而增加;低温差条件下,所设计的小型温差发电模拟装置不考虑接触热阻时,热电模块的内阻为100左右;10~20℃的温差可以作为数据机房用于回收利用低温废热的温差发电装置工作温度。     

增压柴油机余热利用涡轮发电系统研究

设计了涡轮发电系统,采用涡轮发电系统与废气涡轮增压器并联联合工作。首先基于GT-POWER软件搭建增压柴油机仿真模型,对仿真模型在各工况点下进行废气能量计算,验证发动机余热利用的潜力;然后增加动力涡轮模型,对比前后模型的废气能量。仿真结果表明,加动力涡轮能量回收系统后,发动机废气总能减少了6.44%,联式涡轮发电系统提高了增压柴油机的燃烧效果和排放水平。     

汽车尾气温差发电装置及热电模块的布置研究

针对汽车尾气废热温差发电技术的研究现状,就如何在汽车排气管合适位置安装发电装置及布置热电模块进行了试验研究.根据现有热电模块性能参数,通过测定发动机排气通道外壁温度的梯度分布和不同结构废热箱体外表面的温度场分布,提出了汽车尾气废热温差发电装置在汽车排气通道上的位置要求和半导体热电模块在废热箱体上的连接方法,为汽车发动机废热温差发电装置在汽车上的安置提供了依据.     

热电腿几何位形对热电发电器性能的影响

热能可通过热电发电器(thermoelectric generator, TEG)直接转化为电能,提高TEG的性能是推进其广泛应用的关键。研究了热电腿几何位形对TEG性能的影响。采用了有限元方法求解热电耦合方程,在稳态的条件下,计算了采用长方形截面和梯形截面两种热电腿的TEG的性能。结果表明,采用长方形截面热电腿的TEG的输出功率(P_(out))比其他TEG的P_(out)相对高出28.1%。但其热电转化效率(η)处于较低水平,且比最大值相对低10.5%。     

汽车尾气-热电材料耦合传热过程的CHT模拟

该文针对柴油机实验用三支管排气管建立了对应的二维气体流动传热的数学模型,并对排气管的流场进行数值模拟.又对安装热电材料的排气管进行气固两相耦合传热模拟,与未安装温差发电器件的模拟结果进行比较,结果表明壁面热电材料对总管中的速度,压力分布影响不大,但增加了边界的热流量,这对热电材料发电器的设计有指导意义.     

发动机尾气温差发电装置

为了对发动机尾气中蕴含的高温能量进行回收利用,对基于温差发电的发动机尾气温差发电装置进行试验。首先基于现有发动机台架试验系统增加温度、电压和电流测量系统,在此基础上,通过测量不同内部结构集热器表面温度和排气噪声的变化得到集热器内部结构对温差发电性能的影响规律,通过测量不同冷却方式下温差发电片两端温度以及输出电压和电流的变化,得到散热器冷却方式对温差发电性能的影响规律。结果表明,集热器内部结构采用中空结构时,不同位置表面温度差在6 ℃以内,有利于保持其表面温度的均匀性,有利于电能输出,但是对于降低噪声没有帮助;采用强制风冷方式有助于提高温差发电装置两端温差,相对于自然冷却方式温差大约可提高14 ℃,从而提升输出电能,但是由于风速的提升可以同时增加冷端和热端的表面换热效率,使得较多的热量扩散到环境中,从而产生当风速达到某一数值后温差不变的现象;相比于侧面冷却,正面冷却方式更具有优势,大约将温差发电器两端的温差提升15 ℃,但是只能冷却一面。     

Study on the performance of TEG with heat transfer enhancement using graphene-water nanofluid for a TEG cooling system

Improvement of the heat transfer effect of cold side of a thermoelectric generator(TEG) is one of the approaches to enhance the performance of the TEG systems.As a new type of heat transfer media,nanofluids can enhance the heat transfer performance of working liquid significantly.In this study,the performance of a commercial TEG with graphene-water(GW) nanofluid as coolants in a minichannel heat exchanger is investigated experimentally at low temperatures.The results show that the output power of TEG increases with the flow rate under 950 mL/min.However,the fluid flow rate has no influence on the output power of TEG with higher flow rate(larger than 950 mL/min) when the heat transfer dynamic balance state of the system is reached.The optimal concentration and flow rate of nanofluid are 0.1 wt%and 950 mL/min,respectively.At the optimal conditions,the improved voltage,output power and conversion efficiency with GW nanofluid applied in the cooling system are increased by11.29%,21.55%and 3.5%in comparison with those with only water applied,respectively.     

嵌入式相变材料对热电发电器件性能的影响

热电器件(thermoelectric generator, TEG)能够直接将热能转化为电能,且具有体积小,无运动部件,寿命高,运行成本低等优点。相变材料(phase change material, PCM)在相变时能够恒温吸收、释放大量热量,因此被广泛应用于热电发电领域以稳定热端温度。设计了一种嵌入式的相变-热电(PCM-TEG)系统,探究了热源停止供热后的一段时间内,相同体积不同长度的PCM对TEG发电性能的影响。结果表明,被PCM包裹的长度与总长度的比值为40%时, PCM-TEG系统产生的电能最多,与不使用PCM相比,热电发电器件的输出电能增加了76.06%。PCM的使用能够提高热电发电系统对热能的利用率,且在使用的PCM的体积一定时,需要优化PCM包裹热电臂的长度以提升热电发电器件的输出热能。     

Influences of external heat transfer and Thomson effect on the performance of TEG-TEC combined thermoelectric device

A thermodynamic model of a thermoelectric generator (TEG)-driven thermoelectric cooler (TEC) device considering Thomson effect and external heat transfer (HT) is established based on the combination of non-equilibrium and finite time thermodynamic theories. The expressions of cooling capacity and coefficient of performance (COP) are obtained. Performances are compared with and without considering Thomson effect using numerical optimization method. The influences of Thomson effect on the optimal performances, optimum allocations of thermoelectric (TE) element number and HT surface area are discussed. The results indicate that Thomson effect decreases the maximum cooling capacity and COP. More TE elements should be allocated to TEG, and more HT area should be allocated to the heat exchanger (HEX) of TEG, the hot-side HEX of TEG and the cold-side HEX of TEC in the design of the device considering Thomson effect. The results obtained can be used to help design TEG-TEC devices.     

利用回收尾气发电制冷的汽车主动式热电空调性能研究

针对汽车尾气排放造成的热污染和能源浪费,提出一种利用回收尾气发电制冷的汽车主动式热电空调,并对其性能进行研究。利用热电技术(热电发电、热电制冷)对汽车高温尾气废热进行回收,用回收热能对汽车内环境进行供冷。通过建立该主动式热电空调的热力学模型,对不同废气温度、室外环境温度以及车内温度对系统性能的影响进行对比分析。结果表明:主动式热电空调性能受尾气温度、室外温度和车内温度影响较大,且其中尾气温度对制冷量和发电效率影响最大; 增加发电片数目能够有效提高制冷量和系统效率; 当发电片数目n=6时,该模型可达到最大制冷量以及最大系统效率,分别为109.92 W和0.46。     

光伏热电耦合器件中热电模块负载对整体性能的影响

搭建了包含恒温冷却装置的电学测试系统,测量了热电模块(TEG)负载不同电阻值时耦合器件中光伏电池(PV)及TEG两部分各自的输出变化,以探究负载电阻在光伏热电耦合系统整体工作状态中所起的作用。结果表明TEG负载不同电阻时,不仅TEG输出性能受到影响, PV及耦合器件整体输出性能也将随之发生变化。然而,这种影响将随着光强的提升而逐渐降低。     

Optimization and Evaluation of a Vehicular Exhaust Heat Recovery System

Exhaust waste heat recovery system based on organic Rankine cycle (ORC) has been considered as an effective method to achieve energy conservation and emissions reduction of engine. The performance of adiesel engine with an on-board ORC exhaust heat recovery system was evaluated through simulations in this study. The combined system was optimized through controlling the exhaust gas mass flow rate entering the ORC system. The models of the engine with ORC system were developed in GT-suite and Simulink environment. The validation results showed high accuracy of the models. The performance of the system recovering heat from different exhaust gas mass flow rates was evaluated. The comparative analysis of the performance between the optimized and un-optimized system was also presented. The results indicated that the exhaust gas mass flow rate had significant effects on the system performance. Integration with the on-board ORC system could effectively improve the engine power performance.The power output of the engine-ORC combined system with optimization had further improvement, and the maximum improvement could reach up to 1 16.kW.     

自然循环热回收系统运行特性的模拟研究

为研究各种因素对系统运行特性的影响,采用分布参数法建立了系统的仿真模型,并进行数值求解,预测了系统的运行特性随室外温度与机组冷剂充灌量的变化曲线.计算结果表明,自然循环的加热量受室内、外温差和系统的冷剂充灌量等因素的影响,加热量随室外气温的降低而增加.当蒸发器的出口处制冷剂恰好变为饱和蒸汽时,此时的冷剂充灌量可使系统加热量达到最大值.     

利用汽车尾气余热温差的热电转换技术

介绍了利用温差进行发电的原理、热电材料、温差发电装置结构等。重点探讨了汽车发动机尾气余热温差发电装置设计开发的具体步骤。该技术节约能源,绿色环保,应用前景广阔。