基于热管和温差发电的船舶缸套水余热利用研究

发布时间：2017-08-01 08:35

  本文关键词：基于热管和温差发电的船舶缸套水余热利用研究

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【摘要】：船舶是一个巨大的能耗体,随着航运业的不断发展,船舶行业的能源消耗量逐年攀升,加剧了全球环境恶化和能源危机,危及人类赖以生存的环境。为此,国际海事组织(IMO)对船舶节能减排提出了更严格的技术要求。2015年实施的新船能效设计指数(EEDI)从碳排放的角度限制船舶能耗。因此,必须深入研究船舶能效问题,挖掘船舶方面可以用的余热能量。温差发电技术运用热电转换材料能直接将热能转换成电能,具有无运动部件、结构简单,寿命长,绿色环保等优点,已在余热回收方面发挥了巨大作用。本文基于温差发电原理,利用板式热管技术,对船舶柴油机缸套水余热利用进行研究,主要完成如下工作:(1)根据Wartsila4L20船用柴油机缸套水状态参数,设计了一种板式热管温差发电系统;(2)结合所设计的系统,对温差发电系统的工作性能参数进行理论计算,包括最大输出功率和热电转换效率。探讨了冷源温度、热流体流量和模块中发电片数量对系统工作性能的影响;(3)搭建实验台,实验研究系统输出功率和热电转换效率与热流体流量、冷源温度、负载电阻之间的关系,并与理论计算结果进行对比。通过上述研究工作可以得出以下几点结论:(1)当模块中发电片数量由4块增加到16块后,最大输出功率变为原来的2.32倍,就成本和结构复杂性而言,增加模块中发电片数量更有利;(2)热流体流量从5L/min增加到9L/min时,每增加1L/min,系统输出功率增幅1.3%;而冷源温度从25°℃增加到40°℃时,每增加3°℃,系统输出功率减小10%;后者变化较前者明显,说明温差是影响系统热电输出性能的主要因素;(3)本文设计的温差发电系统,在冷源温度为25°℃,集热器平均入口温度为88.42°℃,热流体流量为9L/min时,最大输出功率27.68W,热电转换效率为 3.98%。(4)若根据本文所设计系统的性能回收利用Wartsila 4L20船用柴油机缸套水的余热,最大输出功率可达6965W。
【关键词】：船舶 缸套水 温差发电 板式热管 余热利用
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 研究背景和意义11
• 1.2 温差发电技术简介11-15
• 1.2.1 塞贝克效应11-13
• 1.2.2 帕尔贴效应13
• 1.2.3 汤姆逊效应13-14
• 1.2.4 焦耳效应14
• 1.2.5 温差发电技术的特点14-15
• 1.3 温差发电技术国内外研究现状15-22
• 1.3.1 国外研究现状15-19
• 1.3.2 国内研究现状19-22
• 1.4 板式热管简介22-23
• 1.5 本文主要研究内容23
• 1.6 本章小结23-24
• 第2章 温差发电系统结构设计24-34
• 2.1 温差发电系统简介24
• 2.1.1 矩型温差发电系统24
• 2.1.2 圆柱型温差发电系统24
• 2.2 研究对象24-25
• 2.3 温差发电装置测算25-26
• 2.4 模拟装置的结构设计26-32
• 2.4.1 肋片有效度28-30
• 2.4.2 肋片效率30-31
• 2.4.3 肋片间距31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 温差发电系统工作性能的理论计算34-50
• 3.1 温差发电片性能参数计算34-38
• 3.1.1 开路电压及内阻34-35
• 3.1.2 等效热导率35-38
• 3.2 系统发电性能参数的计算38-45
• 3.2.1 温差发电模块传热量40-42
• 3.2.2 温差发电模块输出功率42-44
• 3.2.3 温差发电模块热电转换效率44-45
• 3.3 热流体流量对系统工作性能的影响45-47
• 3.3.1 热流体流量对系统输出功率的影响45-46
• 3.3.2 热流体流量对系统热电转换效率的影响46-47
• 3.4 冷源温度对系统工作性能的影响47-48
• 3.4.1 冷源温度对系统输出功率的影响47-48
• 3.4.2 冷源温度对系统热电转换效的影响48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 温差发电系统工作性能的实验研究50-66
• 4.1 实验台的搭建及实验步骤50-53
• 4.2 实验结果53-61
• 4.2.1 热流体流量对实验结果的影响53-56
• 4.2.2 冷源温度对实验结果的影响56-59
• 4.2.3 实验结果分析59-61
• 4.3 实验结果与理论计算对比61-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 结论与展望66-67
• 5.1 结论66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 作者简介73

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