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1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文汽車尾氣余熱回收熱電發(fā)電ThermoelectricGenerationforAutomobileExhaustHeatRecovery一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：工程熱物理作者姓名：魯池指導(dǎo)教師：王世學(xué)教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一四年十二月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所
2、做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日中文摘要隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)的汽車數(shù)量平均以每年超過(guò)1100萬(wàn)輛的速度快速增加。然
3、而，當(dāng)前的汽車燃料燃燒所釋放出的熱量中只有25%左右能被有效利用，超過(guò)30%的熱量均以廢熱的形式隨汽車尾氣直接排放到環(huán)境中。因此，若能回收和再利用這一部分能量，將對(duì)提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率，減少環(huán)境污染具有非常重要的意義。熱電發(fā)電是一種可以將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電的全固態(tài)綠色環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換方式，具有性能穩(wěn)定、無(wú)噪聲、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在汽車尾氣余熱回收利用方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的應(yīng)用前景。針對(duì)湯姆遜效應(yīng)及陶瓷板、金屬導(dǎo)流片、接觸表面產(chǎn)生的附加熱阻等影響熱電模塊性能的因素，本文通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算的方法，對(duì)比研究了考慮與不考慮湯姆
4、遜效應(yīng)及附加熱阻時(shí)熱電模塊的性能。結(jié)果表明：相比不考慮湯姆遜效應(yīng)和附加熱阻，當(dāng)熱電模塊的工作電流比較大時(shí)，考慮湯姆遜效應(yīng)和附加熱阻，熱電模塊的輸出功率、熱電轉(zhuǎn)化效率及?效率均顯著減小。且隨著熱端溫度的增加，考慮和不考慮湯姆遜效應(yīng)及附加熱阻兩者的最大輸出功率差不斷增大；最大熱電轉(zhuǎn)化效率差先增大后減?。蛔畲?效率差不斷減小。此外，強(qiáng)化熱端換熱是提高熱電發(fā)電器性能的主要手段之一。針對(duì)強(qiáng)化熱端換熱帶來(lái)汽車尾氣壓降增加這一問(wèn)題，本文提出了采用熱電發(fā)電器的總輸出功率減去為維持尾氣壓降不增加所需的泵功后的凈輸出功率為優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)數(shù)值模擬的
5、方法，分別研究了保持熱端換熱器外部尺寸不變的情況下，熱端采用鋸齒錯(cuò)列肋片及泡沫金屬?gòu)?qiáng)化換熱時(shí)，熱電發(fā)電器的性能變化。結(jié)果表明：采用鋸齒錯(cuò)列肋片增強(qiáng)熱端換熱效果時(shí)，存在最佳的肋片間距和肋片厚度使得熱電發(fā)電器的凈輸出功率達(dá)到最大值。采用泡沫金屬增強(qiáng)熱端換熱時(shí)，同一種泡沫金屬材料，孔隙率越低，孔密度越小，熱電發(fā)電器的凈輸出功率越大。相比于鋸齒錯(cuò)列肋片，采用多孔介質(zhì)材料增強(qiáng)熱端換熱時(shí)，熱電發(fā)電器雖可獲得更大的總輸出功率和熱電轉(zhuǎn)化效率，但由于汽車尾氣流過(guò)熱端換熱器時(shí)的壓降過(guò)大，凈輸出功率甚至為負(fù)值。為此，作為后續(xù)工作，本文提出具有熱電發(fā)
6、電和催化轉(zhuǎn)化兩個(gè)功能的新型熱電發(fā)電器，以期避免汽車尾氣流過(guò)整個(gè)排氣系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)大壓降。關(guān)鍵詞：熱電發(fā)電器；湯姆遜效應(yīng)；附加熱阻；鋸齒錯(cuò)列肋片；凈輸出功率；泡沫金屬IAbstractWiththerapideconomicdevelopment,thenumberofcarsinChinaincreasedwitharateof11millionperyear.However,atpresent,forthegasolinevehicles,onlyabout25percentofthefuelcombustioncanbeut
7、ilizedforvehicleoperation,whereasmorethan30percentisdischargedtotheenvironmentintheformofwasteheatofexhaustgas.Thus,ifthispartenergycanberecycledandreused,itwouldbeveryimportanttoimprovethevehicleefficiencyaswellasreducetheenvironmentpollution.Thermoelectricgenerati
8、onisasolid-stateenergyconverterwhichcanconverttheheattotheelectricitydirectly,andithassomeadvantagesofstable,nonoise,longlifeandsoon.Soitp
