汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)換熱器傳熱性能分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、近年來，隨著世界范圍內(nèi)能源緊缺與環(huán)境惡化等問題的凸現(xiàn)，汽車尾氣溫差發(fā)電技術(shù)作為一種環(huán)境友好型能源技術(shù)受到了世界各國的極大重視，國內(nèi)外眾多學(xué)者對其理論和應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。在汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)中，為進(jìn)一步最大化熱電轉(zhuǎn)換效率，需要對汽車尾氣廢熱進(jìn)行高效收集與有效傳遞。因此，換熱器作為汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)能量傳遞的主要部件，充分挖掘其廢熱回收的潛力是提高系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換功率的關(guān)鍵。本文根據(jù)汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合換熱器的實際工作環(huán)境，

2、采用數(shù)值模擬的方法建立了換熱器和熱電器件的流固耦合模型，對換熱器傳熱性能及其內(nèi)部擾流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了分析討論，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）換熱器的傳熱性能分析。以汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)中的換熱器和熱電器件為研究對象，結(jié)合換熱器的工作環(huán)境，通過與換熱器露置于空氣中的情況進(jìn)行對比，分析熱電器件吸熱作用對換熱器熱場和壓力場的影響，并綜合評估熱電器件對換熱器傳熱性能的影響。分析結(jié)果表明：熱電器件的吸熱作用對換熱器的熱場影響較大，考慮熱電器

3、件吸熱作用對換熱器傳熱性能的影響，可以更準(zhǔn)確地反映其實際工作情況。同時，不同工況下同種結(jié)構(gòu)的換熱器有著不同的換熱性能和尾氣背壓。通過比較發(fā)現(xiàn)，選擇以汽車的常用工況為基礎(chǔ)優(yōu)化換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為合理。
　?。?）換熱器內(nèi)部擾流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)合汽車常用工況下?lián)Q熱器的工作環(huán)境，建立了換熱器內(nèi)部擾流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化的流固耦合模型，將數(shù)值優(yōu)化方法與克里格近似模型進(jìn)行有效結(jié)合，以換熱器擾流板的長度、寬度及旋轉(zhuǎn)角度為設(shè)計變量，以尾氣背壓不超過1500

4、Pa為約束條件，并以提高換熱器表面熱電器件熱端的換熱功率、平均溫度以及溫度均勻性為目標(biāo)，開展換熱器內(nèi)部擾流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計影響因素分析與優(yōu)化。分析結(jié)果表明：與初始設(shè)計相比，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后的擾流板結(jié)構(gòu)方案，在保持原有尾氣背壓的前提下，換熱器換熱功率更大（從4201.3W增加到4908.5W），平均溫度更高（從416.7K升高到427.4K），同時溫度分布更均勻（均勻性系數(shù)從110.7K2下降到93.8K2），顯著提升了換熱器的傳熱性能及廢熱回