汽车废气能量回收利用半导体温差发电装置及脉宽调制稳压技术研究

论文摘要

目前汽车废气能量利用主要有改良燃料、采暖、驱动空调制冷、废气涡轮增压、废气再循环、温差发电等方式。利用废气余热所产生的温差来发电回收能量可有效提高燃油经济性、环境保护性,具有较高的理论研究价值。研究了发动机废气排放(?)转换为有效功的理论分析方法,论证了利用汽车尾气温差发电的优越性。采用热力学第二定律(?)分析法,对发动机的废气排放过程进行了能量分析,剖析了其过程中产生的各类(?)效率、(?)损失并建立了(?)平衡方程,得到了稳定开口系统的排气能量损失分布以及减少各类(?)损的措施；利用建立的双层耦合温差发电理论模型,理论计算并优化了汽车废气温差发电装置的输出功率和效率,验证了汽车废气温差发电的可行性；研究了半导体热电理论和能量转化效率和输出功率的对应关系,结合汽车废热和半导体材料特点,提出了由Bi2Te3、PbTe和SiGe三种半导体温差发电材料适应不同温度区域的分区结构优化方法；以转化效率和输出功率为目标函数,对不同结构形式的汽车废气管道进行了优化设计,并应用有限元软件ANSYS/FLOTRAN对两种不同结构的排气管进行了分析,验证了设计的温差发电装置的合理性；研究了与热电发电装置匹配的稳压调节理论,基于PWM脉宽调制原理设计了与该发电装置匹配的稳压调节电路。设计的汽车废气半导体温差发电装置无需改变汽车原有整体布局、无污染、无噪音、重量轻、体积小、应用可靠,具有较广阔的市场应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 目的和意义
• 1.2 汽车废气利用方式综述
• 1.3 温差发电技术国内外现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 热力学（?）分析法
• 2.1 （?）分析
• 2.2 （?）效率和（?）损失
• 2.3 （?）损分析
• 2.3.1 （?）的性质
• 2.3.2 （?）分析的作用
• 2.4 （?）分析方法及步骤
• 2.4.1 （?）分析法
• 2.4.2 分析步骤
• 2.5 稳定流动系统的（?）平衡方程
• 2.7 本章小结
• 第三章 温差发电原理及建模分析
• 3.1 温差发电基本原理
• 3.1.1 塞贝克效应
• 3.1.2 汤姆逊效应
• 3.1.3 伯耳帖效应
• 3.1.4 焦耳热效应
• 3.1.5 傅里叶效应
• 3.2 半导体材料的选用
• 2Te₃固溶体合金'>3.2.1 Bi₂Te₃固溶体合金
• 3.2.2 PbTe固溶体合金
• 3.2.3 SiGe固溶体合金
• 3.3 温差发电的模型优化
• 3.3.1 理论模型建立
• 3.3.2 效率计算
• 3.3.3 输出功率计算
• 3.3.4 结构优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 有限元热电分析及发电装置设计
• 4.1 有限元简介
• 4.1.1 物体离散化
• 4.1.2 单元特性分析
• 4.1.3 求解未知节点解
• 4.2 有限元分析步骤
• 4.3 试验参数确定
• 4.3.1 导热系数
• 4.3.2 雷诺数
• 4.3.3 对流换热系数
• 4.3.4 排气温度
• 4.3.5 排气速度
• 4.3.6 排气管材料
• 4.4 发动机排气管道中废气ANSYS/FLOTRAN分析
• 4.4.1 前处理
• 4.4.2 求解计算
• 4.4.3 后处理计算
• 4.5 温差发电装置设计
• 4.5.1 温差电偶尺寸计算
• 4.5.2 整体结构设计
• 4.5.3 废气余热温差热电发电装置
• 4.6 本章小结
• 第五章 PWM稳压控制技术
• 5.1 稳压方式的选择
• 5.1.1 数字电压调节法
• 5.1.2 能耗分流稳压法
• 5.1.3 电容补偿稳压法
• 5.1.4 PWM脉宽调制稳压法
• 5.2 基于PWM的TL494芯片及其工作原理
• 5.2.1 TL494功能及特点
• 5.2.2 内部等效电路及引脚配置
• 5.2.3 TL494振荡器
• 5.2.4 误差放大器
• 5.2.5 TL494触发器
• 5.2.6 参考基准
• 5.3 稳压电路原理及仿真分析
• 5.3.1 电压调节器设计
• 5.3.2 辅助电路设计
• 5.3.3 PWM稳压控制电路设计
• 5.3.4 工作原理
• 5.3.5 稳压电路仿真分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:作者在读硕士期间参加课题和发表论文