汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)仿真及實驗研究.pdf

1、在汽車運行過程中高達40％的燃油熱量隨汽車尾氣排放而耗散，使用熱電發(fā)電技術針對汽車尾氣能量進行回收，將低品質的熱能量轉換為高品質可直接利用的電能量并加以合理利用，是當前國際研究的熱點問題。基于熱電技術的汽車尾氣能量熱電發(fā)電系統(tǒng)具有綠色環(huán)保、性能穩(wěn)定、無機械振動、使用壽命長等特點，在汽車節(jié)能減排方面具有廣泛的應用前景，但當前的研究工作多停留在熱電材料及熱電器件制備階段，缺乏關于汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)的綜合研究。本文針對應用于車載環(huán)境的汽車尾

2、氣熱電發(fā)電系統(tǒng)進行了仿真及實驗研究，首次較為系統(tǒng)的探討了熱電器件車載環(huán)境下的服役行為與輸出特性、尾氣能量收集與傳遞、電能合理調制等問題，為后期的車載熱電發(fā)電系統(tǒng)的有理化設計及實際應用提供技術支持。本文的主要工作如下：
　　（1）在分析汽車尾氣能量特征的基礎上，利用所搭建的熱電器件實驗臺架，通過建立冷、熱端溫差和調整冷熱端壓緊力，研究和分析熱電器件冷熱端溫差、壓緊力與電輸出性能參數之間的關系和規(guī)律，驗證熱電器件面向車載環(huán)境的穩(wěn)定性、

3、耐久性和抗腐蝕性，同時基于實驗數據建立了描述熱電器件的溫度-功率輸入輸出特性的數學模型，為后期的車載熱電系統(tǒng)數學建模及仿真提供支持。
　?。?）提出了一種基于近似建模理論和多島遺傳算法的汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)熱端氣箱內流場和溫度場的優(yōu)化方法。本文以熱端氣箱內部擾流板的結構參數（長度、間距、角度、厚度）為研究對象，以熱端氣箱表面的溫度均勻分布和排氣背壓低為優(yōu)化目標，使用優(yōu)拉丁超立方設計方法對描述熱端氣箱內部擾流板分布特點的參數進行了試

4、驗設計，辨識影響溫度均勻分布和排氣背壓的關鍵參數；利用近似建模方法和多島遺傳算法對熱端氣箱的內流場及溫度場進行了優(yōu)化，得到了一組最佳的內部擾流板分布參數。仿真及實驗結果表明，優(yōu)化后的氣箱具有較好的溫度均勻性和較低的排氣背壓。
　?。?）通過實驗測試手段研究了工作在均勻分布和梯度分布溫度場下熱電器件組串聯(lián)和并聯(lián)電路連接條件下的電能調制輸出特性。實驗結果表明熱電器件組采用串聯(lián)電路連接時功率損失較小，是比較理想的電路連接方式；通過實驗調

5、整熱電器件熱端的熱傳導，改善了熱電器件間電特性的不一致性，同時提出了低溫熱電器件在較高高溫區(qū)間使用的隔溫方法，提高了熱電發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出功率。
　?。?）在前期熱電器件數學模型的基礎上，建立了一套以尾氣質量流和溫度的為輸入條件的描述汽車尾氣能量熱電發(fā)電系統(tǒng)功率輸出特性的數學模型，研究并分析了集成在車載平臺上的尾氣熱電發(fā)電裝置在各典型工況上電功率輸出及節(jié)油潛力；以某越野車作為車載平臺，提出并完成了“四箱氣路并聯(lián)”的熱電發(fā)電系統(tǒng)車載