汽車發動機尾氣，廢熱溫差發電裝置，輸出功率和轉換效率研究

汽車發動機尾氣，廢熱溫差發電裝置，輸出功率和轉換效率研究

目前汽車電氣化程序逐步發展，電氣裝置在車輛上的運用面日漸增廣，從而對電能 供應的需求也不斷變大。然而汽車發電系統整體效率較為低下，能源產生了極大的浪費， 因此提出將溫差發電技術和汽車尾氣廢熱回收相結合，將尾氣熱量回收利用轉換為電能 儲存起來。

本文首先對幾種基本的溫差發電理論做出了詳細的闡述。介紹了車輛上的熱電發電 裝置的主要構成，對比了三種典型的汽車尾氣餘熱溫差發電裝置的幾何形狀和效能參 數，簡述了平板式、圓筒式和翅片式溫差發電器的優缺點。同時對發電系統的整體效率 進行分析，得出其整體效率主要受換熱器吸收熱量的效率和溫差發電元件熱電轉換效率的影響。

其次透過對溫差單電偶展開分析研究，推匯出發電元件整體的輸出功率和熱電轉換 效率的數學理論模型。採用 MATLAB 分析了發電元件內阻阻值和外接負載阻值以及熱 電發電元件橫截面面積與其長度的比值對熱電發電元件的主要發電效能引數的綜合影 響。

透過對溫差發電元件的主要效能引數輸出功率和轉換效率的匹配分析，得出其阻值 比和麵長比的最優取值區間，同時考慮溫差電元件變物性和接觸效應條件的影響，在 ANSYS 中對單個熱電偶進行了溫度分佈和應力分佈以及熱、電、結構耦合模擬模擬， 提出了溫差發電元件的一個新型結構尺寸，使其在執行可靠性的前提下，能夠達到最優 的輸出功率和熱電轉換效率數值。

最後對強化導熱技術進行機理分析，透過對 5 種不同內部結構的換熱器進行建模網 格劃分和 Fluent 流體數值分析，設定計算模型和計算邊界條件，得出 5 種不同內部結構 換熱器腔體內部的速度場分佈圖和溫度場分佈圖，綜合模擬結果，採用“逆魚骨形”內 部結構的換熱器作為最終方案。同時對車輛上搭載的溫差發電裝置進行整體構型設計， 創造性的在裝置的結構中將水冷和風冷系統兩者綜合運用，更加有效的提高了熱電發電 元件模組冷端面的冷卻能力，設計了一種新構型的汽車尾氣廢熱溫差發電器。