排气流强化热电转换系统传热特性数值研究.pdf

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1、2011年3月机床与液压Mar．2011第39卷第5期MACHINETOOL&HYDRAULICSVol_39No．5DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．05．020排气流强化热电转换系统传热特性数值研究张征，黎启柏(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要：针对发动机排气的特点，建立强化温差发电系统的数学模型，对其通道内的流动传热和阻力特性进行数值计算。数值分析表明：采取对流换热方式可以提高热量的传递效率，获得较高的对流换热系数；改变通道截面的形状，可以得到较低的流通阻力和压降并显著增大换热面积，

2、使温差发电系统的性能得到提高。关键词：排气；强化热电转换系统；数值研究中图分类号：TM913文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)5—059—3NumericalResearchonHeatTransferCapabilitiesoftheExhaustIntensifiedThermoelectricSystemZHANGZheng．LIQibo(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdon

3、g510640，China)Abstract：Themodelofthermoelectricconversionsystemfortheexhaustwasestablished，andnumericalcalculationsofconvec—tionheattransferandresistancecharacteristicsofthechannelweredone．Theanalysisresultsshowthattheheattransferefficiencyisenhanced，higherconvectionheattransf

4、ercoefficientisobtainedwiththeintensifiedthermoelectricsystem；andlowerflowresistanceandpressuredropareobtained，heattransferareaisextendednotablebychangingthecrosssectionshapeofthechanne1．Sothether—moelectricconversionpropertiesofthesystemisenhanced．Keywords：Exhaust；Intensified

5、thermoelectricsystem；Numericalresearch热电直接转换是通过条块状的半导体热电偶在一E=f(：一h)dm定的温差下进行的，温差发电器是热电偶器件的热源该能量占总燃料供给能量的20％～45％，涡轮和冷源。长期以来，研究者希望研制出高性能的热电增压器利用了其中的排气动能，而其中的热力学能占偶材料，能够在臂长两端自然形成的温差下产生足够总燃料供给热能的30％～35％，热电转换可以将其的电流。而目前使用的温差发电器，采用薄片式热电堆夹在热源和冷源之间平面敷设的结构，并逐一冷却转换为高品质的电能，进一步增加有用功的输出。热电

6、偶进行热电转换时的输出电功率可以写热电堆冷端。其中存在的问题是：热能获取及传导的方式效率低；热电堆的内电阻高、形成的温差为：小，总体功率密度(功率体积比)指标低。=热力机械工作时，内部存在热流体和冷流体的循环流动，流体介质有气流和液流，一般采取管道传式中：，．是负载电阻，R是热电偶的内电阻；T和输。传热过程是热电转换的首要环节，温差发电器需分别为热端结点和冷端结点的温度；是热电材要采用适当的加热器和冷却器的结构，充分地利用热料的塞贝克系数。当热电转换由多热电偶系统完成源和冷源的能量。因而，通过研究温差发电器通道内时，需要考虑系统因素对以上参数的影响

7、，如换热条的流动换热和阻力特性，根据换热形式设计转换元件件对温度和形成的影响。的结构，并与热机达到良好的配合，将可以在一定的因此，在热电偶的塞贝克系数和电阻值一定时，塞贝克电动势下，获得更强的热电转换性能-6]。提高温差发电器输出功率的措施是采取强化传热方1排气能量及强化热电转换式：(1)提高换热系数和换热面积，使热电偶系发动机排气中包含的最大可用能为：统获得更多的热量；(2)提高工作温差，有效的方收稿日期：2010—09～30基金项目：广东省高新技术产业化项目(2009B010900019)作者简介：张征，男，博士，副教授，主要从事车辆节能与热电

8、转换、机电工程自动化方面的研究。E—mail：mezzhang@scut．edu．CB。·6O·机床与液压第39卷法是降低