船用中速柴油机废气余热发电技术研究

发布时间：2017-07-20 08:34

  本文关键词：船用中速柴油机废气余热发电技术研究

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【摘要】：船用中速柴油机燃料利用效率有限,为了提高能源的利用率,减少污染排放。应用热电发电技术,回收排气管道中的热能,将排放的废热转化为电能。本文针对热电发电装置结构布置,分析优化船用中速柴油机排气管道结构。通过改进管道结构模型,增强高温废气与壁面的对流换热,提高余热利用效率。并结合热电偶模型,通过FLUENT仿真软件,分析不同工况条件下的改进管道结构热电输出特性。首先,根据热电发电装置布置特点,选定基础排气管道模型为正八边体管道结构。依据增强壁面换热理论,改进管道内部结构模型,仿真分析中速柴油机额定工况下,不同改进方案的壁面温度分布。通过仿真分析可知,在排气管道内部安装环形金属翅片导热装置的壁面平均温度值可提高到687.4K,且壁面温度分布梯度变化小,适合热电发电装置的应用布置。并在选定的改进管道结构基础上,仿真分析不同工况条件下的壁面温度分布。其次,建立热电偶模块仿真模型,分析不同散热方式对热电偶两端温差的影响。采用水作为冷却介质时,热电偶两端温差明显高于空气作为冷却介质的情况。分析以不同工况的壁面温度作为热电发电片热端接触温度,冷端采用强制水对流时热电偶两端温度分布。最后,根据不同工况条件的热电偶两端温度,结合热电发电片的输出特性曲线,分析所研究的排气管道结构在不同工况条件下的热电发电最大输出功率。从理论上验证热电发电技术可以应用于船用中速柴油机的废气余热回收。
【关键词】：船用中速柴油机 余热回收 热电发电 优化管道 仿真分析 输出功率
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Absrtact5-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 选题背景及研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 热电发电技术发展历程12
• 1.2.2 热电发电的研究现状12-14
• 1.2.3 热电发电技术在发动机上的研究现状14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 船用中速柴油机热电发电技术概述16-23
• 2.1 热电发电基本原理16-18
• 2.1.1 塞贝克效应16-17
• 2.1.2 帕尔贴效应17
• 2.1.3 汤姆逊效应17-18
• 2.1.4 热电效应之间的关系及转换优值系数18
• 2.2 热电发电材料18-20
• 2.2.1 低温热电材料18
• 2.2.2 中温热电材料18-19
• 2.2.3 高温热电材料19-20
• 2.2.4 提高热电材料性能的方法20
• 2.3 常用热电发电装置结构20-22
• 2.3.1 平板式20-21
• 2.3.2 圆筒式21
• 2.3.3 网状结构21-22
• 2.3.4 内置式22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 传热学原理及数值模拟23-38
• 3.1 传热学基本原理23-28
• 3.1.1 基本传热方式23-25
• 3.1.2 热阻25-26
• 3.1.3 对流换热26-28
• 3.2 CFD基本理论28-32
• 3.2.1 基本控制方程28-30
• 3.2.2 湍流模型的选择30-31
• 3.2.3 壁面函数31
• 3.2.4 流固共轭模型31-32
• 3.3 CFD软件简介32-34
• 3.3.1 ICEM软件简介32-33
• 3.3.2 FLUENT软件简介33-34
• 3.4 传热方式对比34-37
• 3.4.1 计算模型34-35
• 3.4.2 网格划分35
• 3.4.3 计算参数和边界设定35-36
• 3.4.4 结果分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 船用中速柴油机热电发电热端结构分析38-55
• 4.1 排气管道常用热电发电装置结构38-39
• 4.2 强化传热机理的方法39-40
• 4.2.1 改变管道内速度流场39-40
• 4.2.2 增加受热面积40
• 4.2.3 提高温压和减少热阻40
• 4.3 管道结构优化方案和模型结构40-42
• 4.3.1 改变管道气体入口角度40-41
• 4.3.2 改变管道内气体流动方向41
• 4.3.3 增加管道内部受热面积41-42
• 4.4 仿真计算42-45
• 4.4.1 网格划分42-45
• 4.4.2 边界条件45
• 4.4.3 计算模型45
• 4.5 结果分析45-53
• 4.5.1 管道入口扩张锥角影响分析45-49
• 4.5.2 管道内部导流装置影响分析49-51
• 4.5.3 管道内部增加换热面积影响分析51-53
• 4.6 不同工况条件下的壁面平均温度53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第5章 船舶中速柴油机废气余热发电输出特性55-67
• 5.1 热电发电模型理论55-59
• 5.1.1 热电发电模型55-58
• 5.1.2 热电转换效率58-59
• 5.2 热电发电模块模型温差仿真59-63
• 5.2.1 物理模型和几何尺寸59-60
• 5.2.2 物性参数及边界条件60
• 5.2.3 计算模型和数值方法60-61
• 5.2.4 网格无关性分析61
• 5.2.5 不同冷却方式对比分析61-63
• 5.3 热电模块输出特性63-65
• 5.4 小结65-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 在学期间发表的论文73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 过增元;对流换热的物理机制及其控制:速度场与热流场的协同[J];科学通报;2000年19期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 袁晓红;汽车发动机尾气余热温差发电装置热电转换技术研究[D];武汉理工大学;2012年

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本文编号：567139