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摘要：近年来,在经济社会快速进展的大背景下,我国能源消耗量大幅增加,石油进口量不断刷新纪录、对外依存度不断上升,节能减排已成为摆在全国人民面前一项重大而艰巨的任务。作为主要石油消耗产业之一的汽车产业,承担着越来越多的社会责任。内燃机作为汽车的传统动力源自发明以来已有近百年历史,人们不断追求的技术进步使其性能不断提升,但由于其燃烧循环固有特性的限制,内燃机热效率始终偏低,其中尾气排放带走了相当一部分能量。对于这部分能量,本论文展开利用热电材料进行回收利用的探讨工作。本论文首先开展了TEG (Thermoelectric Generator)热端气箱与冷端水箱的实验与仿真探讨。在热端探讨中,通过实验获取了热端气箱表面温度与气箱出入口处排气温度MAP；利用实验测得的排气背压结果标定气箱压降等效模型,建立了气箱与发动机的集成仿真模型；利用该模型获取了排气流量MAP,得到了后续TEG发电性能计算所需的部分输入条件；利用仿真模型进行了气箱对发动机动力性、经济性与进气系统噪声影响的浅析。在冷端探讨中,通过对水箱内部效应的模拟,建立了TEG冷却系统与发动机的集成模型；针对水箱与发动机冷却系统的不同接入方式进行了仿真浅析,发现采取小循环阶段接入方式时,发动机暖机时间显著延长,不宜采取；采取大循环阶段接入方式时,有着各水箱间水温升高不同步、水温达稳态后大小不同的不足。为消除以上不足,将现有的冷端水箱连接方式由串联改为并联,同时在水箱容量、冷却液进出口口径大小两方面进行了水箱的差别化设计。另外,为减轻TEG对发动机冷却性能的影响,以减薄水箱厚度着手,兼顾水箱的加工工艺性,对水箱容量进行了一定优化。仿真结果表明,改善后水箱间水温变化具有良好的同步性与一致性,水温达稳态的时间历程也有显著缩短,改善后的冷端结构具有较好的性能。最后,综合对TEG冷、热端的探讨,建立了模块发电模型,结合对气箱表面温度分布的探讨,重新设计了模块间电气连接的拓扑结构,建立了TEG系统级的发电性能计算模型,并进行了与整车模型的集成。利用集成模型进行了车辆工况下TEG性能的仿真探讨,发现TEG在车辆低负荷工况下输出较差,对此进行了TEG的改善探讨,仿真结果显示改善措施效果显著；为进一步提升温差,进行了冷端采取独立冷却回路的探讨,发现在整车油耗增加不显著的情况下实现了TEG输出功率的大幅提升,通过对冷却风扇转速的优化,实现了风扇能耗降低与净输出功率的提升。关键词：尾气余热论文TEG论文温差发电论文热端气箱仿真论文冷端水箱仿真论文
摘要4-5
Abstract5-7
目录7-8
第1章 绪论8-14
1.1 探讨背景和作用8-9
1.2 国内外探讨近况9-12
1.3 本课题所探讨的内容12-14
第2章 汽车发动机尾气余热温差发电系统概述14-21
2.1 温差发电基本原理14-16
2.2 汽车尾气余热温差发电系统结构16-17
2.3 温差发电装置安装位置选择17-19
2.4 温差发电装置设计中的关键技术不足19-20
2.5 本章小结20-21
第3章 TEG热端实验与仿真探讨21-43
3.1 TEG热端实验探讨21-27
3.2 TEG热端仿真软件及基本论述介绍27-30
3.3 发动机工作历程仿真模型建立30-35
3.4 TEG热端气箱与发动机集成仿真模型的建立35-38
3.5 发动机排气质量流量MAP获取38-40
3.6 TEG热端气箱对发动机性能影响的浅析40-42
3.7 本章小结42-43
第4章 TEG冷端仿真与探讨43-55
4.1 TEG冷端冷却系统仿真模型的建立43-45
4.2 TEG冷端冷却系统性能浅析45-49
4.3 冷端结构改善探讨49-53
4.4 本章小结53-55
第5章 整车工况下TEG发电性能仿真55-71
5.1 TEG发电性能仿真模型建立55-59
5.2 TEG与整车集成模型的建立59-61
5.3 道路工况下TEG发电性能探讨61-64
5.4 TEG的改善探讨64-69
5.5 本章小结69-71
第6章 总结与展望71-73
6.1 全文总结71-72
6.2 主要革新点72
6.3 工作展望72-73
致谢73-74