WD615型发动机排气余热发电装置的设计

论文摘要

目前能源和环境问题已引起世界前所未有的重视。2009年12月哥本哈根世界环境大会,来自192个国家的代表共同商讨《联合国气候变化框架公约》。我国国务院于2007年成立节能减排工作领导小组,温总理任组长亲自抓中国节能减排工作。内燃机是当前应用最广泛的动力机械,而现有内燃机热效率仅在40%左右,60%左右的能量没有得到有效的利用,而以余热的形式排放到大气中,造成了巨大的经济损失和严重的环境污染。该课题的目的就是回收WD615型发动机排气余热并加以利用,达到节能减排的目的。温差发电器依据热电直接转换原理(塞贝克Seebeck效应),安装在内燃机的排气管上,能够将内燃机运行中产生的废气余热直接转换为电能,具有结构简单、无运动部件、无噪声等特点,在低品位热能利用方面具有独特的功能。但由于内燃机工作过程和功率变化等因素影响,排气管内气流具有脉动性,排气温度、压力、流速等参数变化随机,排气不能提供稳定热源,对发电器性能影响很大。本课题依据传热学理论和相变储能技术,采用肋片管式换热器与高温排气进行对流换热,既提高排气余热回收率又减小了发电装置的体积,余热回收率达59.6%。利用相变材料在相变时吸热或放热来储能或释能,相变储能与显热和化学反应热储能相比最大的优势是储热密度高,储、放热过程近似等温。这样可为温差发电器提供稳定热源,优化热电转换器的性能。基于上述原理本课题设计了WD615型发动机排气余热发电装置。通过计算,发电装置的效率为1.14%；利用热源换热器设计热流量的43%,热电转换器就能产生电压最大为1831V,可输出的最大功率为603.4W。本研究为WD615型发动机排气余热的有效利用提供了有效途径,并为节能减排探索了一条可行之路,具有广阔的发展空间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 热电效应的基础理论
• 1.3 温差发电器及温差发电技术的研究进展
• 1.4 温差发电在节能领域的应用
• 1.4.1 温差发电技术在工农业余热方面的利用
• 1.4.2 温差发电技术在新能源方面的利用
• 1.4.3 温差发电技术在其他能源方面的利用
• 1.4.4 温差发电技术在汽车废热利用方面的应用
• 1.5 提出本课题的意义
• 第2章 相变储能技术
• 2.1 相变储能材料简介
• 2.1.1 相变材料和相变储能技术的研究及应用现状
• 2.1.2 相变材料在国民经济中的作用
• 2.2 相变材料的热力学特点
• 2.3 相变储能技术的基本原理
• 2.4 相变储能材料的分类
• 2.5 相变储能系统的基本要求
• 2.6 相变储能材料的选取原则
• 2.7 几种相变材料的简介
• 2.8 纳米多孔石墨基相变储能复合材料
• 第3章 温差发电装置的整体设计
• 3.1 模拟机型及参数
• 3.2 温差发电装置的部件
• 第4章 热源换热器设计
• 4.1 换热器简介
• 4.2 热源换热器设计计算
• 4.2.1 热负荷计算
• Δt_m'>4.2.2 对数平均温差^Δt_m
• 4.2.3 求烟气与翅片管间的放热系数α
• 4.2.4 翅片的肋效率ηf和肋壁效率η
• 4.2.5 计算传热热阻
• 4.2.6 计算翅片管总数
• 4.2.7 计算纳米多孔石墨基相变储能复合材料的质量
• 4.2.8 流体流过换热器时的压力降
• 4.2.9 热源换热器余热回收效率η的计算:
• 第5章 温差发电模块设计
• 5.1 发电模块开路时的端电压及热力学分析
• 5.1.1 开路电压及内阻
• 5.1.2 热力学分析
• 5.2 发电模块接负载时,输出的最大功率及发电效率
• 第6章 试验台的设计
• 6.1 模拟机型及参数
• 6.2 设计要求
• 6.3 试验台的组成及各部分的作用
• 6.3.1 冷库
• 6.3.2 风管
• 6.3.3 隔热设置
• 6.4 风管结构
• 结论
• 参考文献
• 附录A 烟气的热物理性质（p=0.1013MPa）
• 0（x）、I₁（x）、K₀（x）、K₁（x）的值'>附录B 零阶、一阶的第一类和第二类修正贝塞尔函数I₀（x）、I₁（x）、K₀（x）、K₁（x）的值
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢