汽车尾气余热回收热电发电

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1、天津大学硕士学位论文汽车尾气余热回收热电发电ThermoelectricGenerationforAutomobileExhaustHeatRecovery一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：工程热物理作者姓名：鲁池指导教师：王世学教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所

2、做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要随着经济的快速发展，中国的汽车数量平均以每年超过1100万辆的速度快速增加。然

3、而，当前的汽车燃料燃烧所释放出的热量中只有25%左右能被有效利用，超过30%的热量均以废热的形式随汽车尾气直接排放到环境中。因此，若能回收和再利用这一部分能量，将对提高汽车发动机效率，减少环境污染具有非常重要的意义。热电发电是一种可以将热能直接转化为电能进行发电的全固态绿色环保的能量转换方式，具有性能稳定、无噪声、使用寿命长等优点，在汽车尾气余热回收利用方面具有其独特的优势和良好的应用前景。针对汤姆逊效应及陶瓷板、金属导流片、接触表面产生的附加热阻等影响热电模块性能的因素，本文通过数值模拟计算的方法，对比研究了考虑与不考虑汤姆

4、逊效应及附加热阻时热电模块的性能。结果表明：相比不考虑汤姆逊效应和附加热阻，当热电模块的工作电流比较大时，考虑汤姆逊效应和附加热阻，热电模块的输出功率、热电转化效率及㶲效率均显著减小。且随着热端温度的增加，考虑和不考虑汤姆逊效应及附加热阻两者的最大输出功率差不断增大；最大热电转化效率差先增大后减小；最大㶲效率差不断减小。此外，强化热端换热是提高热电发电器性能的主要手段之一。针对强化热端换热带来汽车尾气压降增加这一问题，本文提出了采用热电发电器的总输出功率减去为维持尾气压降不增加所需的泵功后的净输出功率为优化标准，通过数值模拟的

5、方法，分别研究了保持热端换热器外部尺寸不变的情况下，热端采用锯齿错列肋片及泡沫金属强化换热时，热电发电器的性能变化。结果表明：采用锯齿错列肋片增强热端换热效果时，存在最佳的肋片间距和肋片厚度使得热电发电器的净输出功率达到最大值。采用泡沫金属增强热端换热时，同一种泡沫金属材料，孔隙率越低，孔密度越小，热电发电器的净输出功率越大。相比于锯齿错列肋片，采用多孔介质材料增强热端换热时，热电发电器虽可获得更大的总输出功率和热电转化效率，但由于汽车尾气流过热端换热器时的压降过大，净输出功率甚至为负值。为此，作为后续工作，本文提出具有热电发

6、电和催化转化两个功能的新型热电发电器，以期避免汽车尾气流过整个排气系统时产生过大压降。关键词：热电发电器；汤姆逊效应；附加热阻；锯齿错列肋片；净输出功率；泡沫金属IAbstractWiththerapideconomicdevelopment,thenumberofcarsinChinaincreasedwitharateof11millionperyear.However,atpresent,forthegasolinevehicles,onlyabout25percentofthefuelcombustioncanbeut

7、ilizedforvehicleoperation,whereasmorethan30percentisdischargedtotheenvironmentintheformofwasteheatofexhaustgas.Thus,ifthispartenergycanberecycledandreused,itwouldbeveryimportanttoimprovethevehicleefficiencyaswellasreducetheenvironmentpollution.Thermoelectricgenerati

8、onisasolid-stateenergyconverterwhichcanconverttheheattotheelectricitydirectly,andithassomeadvantagesofstable,nonoise,longlifeandsoon.Soitp