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1、汽车尾气温差发电技术的发展和现状分析 摘要：汽车工业是我国国民经济的支柱产业之一，伴随着汽车工业的发展，车辆消耗的能源也与口俱增，利用发动机余热发电不仅是解决能源问题的一个有效途径，也是一个很好的节能途径。我国的汽车拥有量在逐年增长，伴随着汽车使用所产生的大量尾气污染者大气环境，所以，环保问题日趋严峻。汽车尾气温差发电既能解决环境污染问题，又能发电，同时解决汽车用电量紧张的问题。引起国内外科研工作者不断的探索。 本课题是基于汽车尾气余热回收的温差发电研究，主要研究内容是如何提高温差电模块热电转换效率和集热器集热效率，以提高尾气总的回收利用率。关键词：温差发电；环保；效率；Development
2、 and present situation analysis of automobile exhaust temperature difference power generation technologyAbstract：The automobile industry is one of the pillar industries of our national economy.Energy consumption by vehicles is increasing with the development of automobileindustry. Power generation u
3、sing engine waste heat is an effective way to solve theenergy problem and also a good way of saving energy. The automobile industry is one of the pillar industries of our national economy.Energyindustry.consumption by vehicles is increasing with the development of automobilePower generation using en
4、gine waste heatis an effective way to solve the. Keywords：Thermoelectric power generation;environmental protection; efficiencyII目 录第一章绪论.11.1研究背景和意义.11.2研究现状及发展态势.11.3前人的研究成果举例.21.4本论文的工作.2第二章温差发电理论基础.42.1温差发电基本效应. 42.1.1赛贝克效应. 42.1.2珀尔帖效应.42.1.3汤姆逊效应.52.1.4焦耳效应.52.1.5傅立叶效应.62.1.6开尔文关系式.62. 2温差发电的性能
5、衡量标准.62.2.1热电转换效率.72.3温差发电的发展及应用.92.3.1温差发电模块.9III第三章高效分段级联温差电单偶优化设计.103.1温差发电的半导体材料.113.2高效分段温差电单偶仿真优化.113.2.1模型建立.113.2.2优化仿真.123.2.3优化结果.123.2.4结论.123.3高效分段一级联温差电单偶仿真优化.123.3.1模型建立.133.3.2优化仿真.143.3.3结果分析.163.4小结.16第四章集热器仿真设计.174.1换热原理简介.174.1.1换热器概述.174.1.2对流换热概述.184.2不同翅片的集热器仿真.18V4.2.1仿真模型.194
6、.2.2四种不同齿片的集热器模拟结果.234.2.3结果分析.334.3实验模型仿真.344.3.1实验模型简述.344.3.2实验模型模拟结果.354.3.3结果分析.36第五章结论.36参考文献.38致谢.40第一章 绪论1.1研究背景及意义 城市现代化的迅速发展使得能源的需求量大大增加，导致能源非常紧缺，成为限制某些地区发展的瓶颈。虽然我国能源储量总体比较丰富，但由于我国历来人口众多，使得我国的剩余资源储量严重不足，因此节约能源是当务之急1。如果将汽车排气余热转换为电能并用于推动汽车，将可以减少燃油消耗，从而在一定程度上节约能源。温差发电正是一种利用余热废热将热能转换为电能的很有效方式，
7、目前温差发电技术在国外已得到广泛研究，而在我国处于刚刚起步阶段2。 汽车工业作为我国国民经济的支柱产业之一，随着车辆的不断增加，消耗的能源与日俱增，所以车辆的节能备受关注。因此，利用发动机余热发电不仅是解决能源问题的一个有效途径，也是一个很好的节能途径。依目前技术来看，汽车的动力转换效率仅40%左右，燃油中有多达60%左右的能量没有得到有效利用，其中发动机排气所带走的热量占燃料燃烧热量的30%-45%左右，用于冷却的热量占30%左右，这些能量绝大部分以余热的形式散失到空气中，造成了巨大的能源浪费3。另外，汽车发动机的排气压力大，温度高，排气温度可达800左右。如果将这些浪费的热量用来进行温差发
8、电，不仅可以节约能源，还会提高热效率，同时温度降低也会使排气压力减少，从而降低汽车噪声电平，使汽车消音器的结构更加简化紧凑。因此，利用汽车余热发电可提高汽车的整体性能。汽车尾气的热量散发到空气中是巨大的能源浪费，倘若将这些能量的好好利用利用起来，一定会带来良好的社会效益和可观的经济效益4。1.2研究现状及发展态势 塞贝克效应于1821年被发现以来，由于受热电转换效率低的制约和成本高的限制，温差发电技术主要应用尖端领域。近几年来，世界上一些发达国家进行了相关研究，温差发电技术在德国已被作为战略技术得到了大力支持。温差发电是将余热废热转换为电能的有效方式，近年来世界许多国家高度重视，德国大众汽车公
9、司研究中心研制的一种排气温差发电器可以回收12%的热量，西班牙研制的排气温差发电器可以回收36%的热量5。 由于我国的能源短缺，利用率也较低，因此，节能降耗非常必要，温差发电技术具有许多优点，尤其在低品位热能利用方面具有其独特的优势和良好的应用前景6。温差发电技术是一种利用半导体材料实现热能和电能直接转换的绿色能源，对我们发展循环经济、建设节约型社会具有重大意义。 半导体温差发电的如图1所示。它是由两种不同类型的半导体构成回路，当半导体的一端处于高温状态，另一端置于低温状态时，两端便形成温差，从而产生直流电压(塞贝克效应)7。汽车尾气温差发电装置工作原理是将热电模块布置在废气通道箱体和冷却水通
10、道之间，在发电片的两端分别产生冷源和热源，两端之间的温度差随即产生电能。图1半导体温差发电原理示意图1.3前人的研究成果举例 国内，东北大学董桂田以国产解放牌汽车CA141为例进行了排气余热的温差发电研究8。该车发电机输出功率为350W，额定电压为14V，额定电流为25A。 理论计算表明，当高温热源为600，低温热源为200，使用1060个蹄化铅热电偶(此条件下个热电偶产生的温差电动势为0.232V)时，只要有26660J/s的排气余热就可转换得到与原发电机输出相等的电量。通过试验测得该车发动机在要求的最低转速时流量和温度均能满足理论计算的要求。由此说明利用汽车尾气余热的温差发电具有实用性。 1.4本论文的工作（1）通过查阅
