应用多孔材料的车载热电发电装置特性研究

发布时间：2020-10-09 01:07

　　车载热电发电装置将汽车尾气中的热量转化为可利用的电能,可以提高汽车燃油利用率,但是转化效率较低是阻碍其推广使用的主要因素。为了提高车载热电发电装置的效率,本文提出在热电装置与消声器集成的基础上,引入多孔材料,改善系统发电性能的同时,解决消声性能降低的问题。本文基于传热学、计算流体力学基本理论,建立了集成式热电装置中换热器的流场、温度场、压力场的多场耦合数值模型。以换热器壁面温度和压力损失作为评价指标,运用流体分析软件FLUENT,采用多孔介质模型模拟多孔材料的流场特性,通过迭代计算分析多孔材料对热电装置热流场的影响特性。利用声学仿真软件LMS Virtual.Lab和声学有限元计算的方法,采用Johnson-Champoux-Allard等效流体模型描述多孔材料的声学特性,研究换热器不同频段的传递损失,归纳多孔材料对热电发电装置消声性能的影响规律。首先,在分析热电发电装置与消声器集成结构特征的基础上,结合其内流场和声场分布特点,提出了在换热器内壁面、穿孔管壁面、穿孔板壁面和管尾四种多孔材料可能布置方式,针对每一种布置方式分别建立了换热器的流体和声学计算模型,通过对换热器进行热流场和声场仿真,分析不同布置方式的多孔材料对热电发电装置性能的影响特性。结果表明:方案一对壁面整体温度的提高效果最好,方案四对壁面温度均匀性的改善效果最佳,对热电装置压力损失影响也最大;方案二和方案三的方式对消声器的综合声学性能提高较好。依据对布置方式影响规律的研究基础,针对孔隙率、孔密度、材料厚度三个参数,分别分析了其对热电发电装置的热流场影响特性,并得出结论低孔隙率、高孔密度和一定厚度的材料具有最佳温度和发电效果,而高孔隙率、低孔密度和最低厚度的材料对减小压力损失最有利。然后分析了孔隙率、孔密度、材料厚度三个参数对热电发电装置声学性能的影响规律,研究结论为提高孔隙率、孔密度和厚度均可提高装置传递损失。为了深入了解多孔材料各参数对热电发电装置综合性能的影响重要程度,采用层次分析法对各个参数进行评价,计算结果表明,对综合性能的影响权重由高到低依次为材料厚度、孔隙率和孔密度。本研究创新的提出在热电装置中应用多孔材料的思路,并对其参数特性进行分析,为热电发电装置的设计和优化提供了理论依据。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463
【部分图文】：

发电系统,悬架系统,能量回收

能量回收效率。对悬架系统的能量再利用技术与前几种不同，悬架系统中的热量相对较少，要是回收其振动能量转化为电能。张晗[14]等建立了馈能式悬架系统的动力学型，通过仿真计算和实车试验，分析了馈能式悬架系统的能量回收效率和价。.2.2 汽车尾气热电发电技术研究现状热电技术最早起源于 1821 年，塞贝克在实验中发现，用两种金属导线组成合回路时，若导线的两个连接点处存在温度梯度，则会在回路中产生电流，在附近产生磁场。这种现象之后被人们定义为塞贝克效应（Seebeck Effect），称热电第一效应。自此热电技术引起了专家学者们的广泛研究，将其应用于事、航天、海洋、汽车等热能的回收利用。热电技术在汽车上的应用主要是过安装于排气管中的尾气发电系统，吸收尾气的热能转化为电能，具有节能排的效果。

军方,合作开发,美国

图 1-2 美国 GMZ 与军方合作开发的高温热电装置气热电发电技术并没有在汽车上广泛应用，仍然局段，其车载应用存在的最大挑战是发电效率低，为致力于研发高效的热电器件、集热器的有效传热技理与性能匹配。器件效率的研究途径主要是寻求新的高效半导体热和更加先进的计算技术。热电材料的性能主要通过T 是一种无量纲指标，与材料的塞贝克系数的二次与材料的热导率成反比关系。优异性能的热电材料需要寻找具有高塞贝克系数与电导率，并且热导率结了近年来在载流子浓度梯度、分段梯度两种梯度、纳米复合材料、量子井薄膜材料等低维纳米材料]等人总结了提高材料 ZT 值的两种常用方法，一种调控晶粒尺寸、载流子浓度和迁移率，另一种是通

电流曲线,华南理工大学,换热器,热端温度

插入纵向涡流发生器来提高换热器传热效率和表明：插入纵向涡流发生器的热电装置的开路。Chen Wen hsin[24]等人为提高热电发电系统的内部翅片的宽度与厚度、热端温度和外部负载得出了热端温度的影响最大和翅片宽度影响最第一阶段优化，第二阶段对电流曲线进行优化计热电装置的总输出电量可提高约 6%。Hsu Cheng等人同样以换热器壁面温度为优化目标，分别对布置方式及各项结构参数进行了计算。式虽然能有效提高换热器的传热效率，但是同过高的排气背压会导致发动机功率降低。Mune用凹坑式的非光滑壁面结构，通过计算与实验雷诺数，从而强化壁面传热。但是这种结构的缺换热器壁面厚度减小，整个装置的结构强度降

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