半导体热电发电在船舶上应用的可行性研究

发布时间：2020-07-22 04:35

【摘要】： 随着现代船舶的不断发展,现代技术推动船舶向着节能的方向发展。船舶将大量低温余热直接排向了大气,不仅严重污染大气,而且浪费了大量的热量,如能合理利用将会给航运业带来一笔不菲的利润,同时可以减少大气污染。随着热电发电、热电制冷技术的不断成熟,使得余热热电制冷在船舶余热利用方面有了大的突破。然而烟气余热由于种种限制一直没有得到很好的利用,为此,本文对余热热电发电做了一系列的研究,主要从以下几个方面进行了探讨：首先,从稳态的热传导方程出发,对烟囱管道进行了热力学分析,建立了烟囱管道分析模型,确定了烟囱管道边界条件,应用ANSYS计算了烟囱管道温度场分布情况；为烟囱余热热电发电奠定了基础。其次,在热电单P-N结分析模型的基础上,运用ANSYS软件建立了热电器件的实际模型,按照其实际工作状态施加了边界条件,得出了模型的温度场和电势场的分布规律以及热电器件的回路电流、输出功率和热电效率。并对不同热端温度的情况进行了计算,得出了热电性能参数随烟气温度的变化规律。最后,建立了烟囱余热发电几何模型,并对模型进行了简化,确定了烟气余热发电边界条件,建立了烟气余热发电有限元模型,对烟气余热发电性能进行了分析,计算出了船舶发电柴油机烟气余热总发电量。还分析了船舶余热发电经济性,得出了船舶热电发电技术经济性可行性方案。本文主要运用有限元软件ANSYS对烟囱余热热电发电在不同边界条件和材料参数的情况下进行仿真计算,其分析结果对热电器件余热发电经济性分析具有一定的指导意义。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U665.1
【图文】：

烟囱管,几何模型,热单元

4)在实际中烟气在排的过程中，烟气流速是不断减小的，本文在处理过程中认为流速变化很小，即定值。烟囱管道有限元模型如图3一3:该模型网格划分参见图3一3。温度场计算时选用二维平面4节点热单元PLANE55。

烟囱管,有限元模型

，翻】日.汤甲1.t01o1‘:46:09图3一2烟囱管道几何模型表3一1烟囱尺寸参数参参数数数值值参数数数值值烟烟囱内管材料料碳钢 (C==l.5%)))烟囱管外包扎材料料石棉棉烟烟囱管道内径径 0.IO95mmm烟囱管外包扎材料料0.0O5mmm厚厚厚厚度度度烟烟囱管道外径径 0.1145mmmmmmm3.1.2有限元模型烟囱管道自发电柴油机出来，烟囱管道相对较细，除接头位置有法兰或弯管，进入总排烟管后，烟气流速基本认为是稳定的，或者是当线性变化处理。管道认为是圆柱体。在烟囱建模过程中，为了便于计算和分析，该模型作了如下简化:l)根据排烟管结构的对称性，取模型剖面图的二分之一进行研究;2)由于烟气物性参数随温度变化比较大，本文在计算过程中选取各物性参数平均值进行计算;3)烟囱管道烟气温度沿烟囱管壁排气方向呈线性变化;4)在实际中烟气在排的过程中，烟气流速是不断减小的，本文在处理过程中认为流速变化很小，即定值。烟囱管道有限元模型如图3一3:该模型网格划分参见图3一3。温度场计算时选

载荷图,烟囱,内壁,热端

数来自实船资料[621(参见表3一5)，约束条件视实际情况施加。计算过程中，烟囱边界条件采用第三类边界条件，己知烟气温度取365℃，对流换热系数己知，取气二51.33【W/(m派)]。烟囱内壁载荷图如图3一4所示。热端载荷施加对应的APDL语句为:ASEL，S，，，SFA，ALL，1，CONV， 51.33，365温度365oC。!选定热端面!施加对流换热系数51.33[w/(m

【引证文献】