本文關(guān)鍵詞：溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與性能仿真

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【摘要】：內(nèi)燃機(jī)是目前最常用的動(dòng)力機(jī)械,應(yīng)用非常廣泛,但是實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)的熱效率并不高,只有25%左右,大約75%的能量通過摩擦消耗、冷卻系統(tǒng)以及尾氣帶走,這部分能量被白白的浪費(fèi)掉。目前,很多學(xué)者都對尾氣中能量的回收做了研究,但對冷卻系統(tǒng)帶走的約30%的熱量的回收研究很少,為了能夠進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率,本文在前人研究的基礎(chǔ)上對內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)所帶走的熱量的回收進(jìn)行了研究。本文采用本田WH125-6風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)為原機(jī)模型,在此基礎(chǔ)上對內(nèi)燃機(jī)的風(fēng)冷系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出一套采用熱管傳熱的具有發(fā)電和冷卻功能的新型內(nèi)燃機(jī)溫差發(fā)電式冷卻系統(tǒng)。研究方法上,首先采用GT-POWER軟件對原機(jī)模型進(jìn)行建模,分析出該模型在不同轉(zhuǎn)速下的內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的平均溫度以及平均換熱系數(shù)。通過C++軟件根據(jù)所求得的兩個(gè)參數(shù)編寫出內(nèi)燃機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下氣缸內(nèi)側(cè)面的溫度分布以及平均換熱系數(shù)分布的UDF程序,再通過FLUENT軟件對該內(nèi)燃機(jī)的有限元模型進(jìn)行溫度場分析,分析出內(nèi)燃機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的溫度場分布,通過與理論情況對比,確定輸入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性,結(jié)果表明輸入?yún)?shù)準(zhǔn)確,為進(jìn)一步的研究做準(zhǔn)備。利用ANSYS Workbench軟件中的Fluid Flow(Fluent)模塊對溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行溫度場分析,分析出不同轉(zhuǎn)速下該系統(tǒng)的溫度場分布,通過與前面模擬出的WH125-6內(nèi)燃機(jī)溫度場進(jìn)行對比,確定所設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)能否滿足冷卻要求。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的冷卻能力能夠滿足要求,并且能夠改善傳統(tǒng)風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下內(nèi)燃機(jī)溫度過高的問題。采用Workbench中的Thermal-Electric模塊對熱電單元的發(fā)電效果進(jìn)行仿真計(jì)算,使用電路仿真軟件Tina通過對兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立發(fā)電系統(tǒng)的等效模型,分析了系統(tǒng)的發(fā)電性能,并將兩者拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所得結(jié)果進(jìn)行對比,選擇更適合系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示采用合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),系統(tǒng)有較好的功率輸出;最后,對熱電單元的厚度、散熱片的高度及節(jié)距進(jìn)行了優(yōu)化處理,以提高系統(tǒng)的發(fā)電效果及冷卻效果。通過后期的研究發(fā)現(xiàn),改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電能力及冷卻能力都得到提高。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)燃機(jī) 溫差發(fā)電裝置 冷卻系統(tǒng) 熱管
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM913;TK403
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 熱管傳熱技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)理論基礎(chǔ)及三維模型建立16-32
• 2.1 傳熱學(xué)的基本原理16-17
• 2.1.1 熱傳導(dǎo)16-17
• 2.1.2 熱對流17
• 2.1.3 熱輻射17
• 2.2 溫差發(fā)電基本原理17-19
• 2.2.1 塞貝克效應(yīng)17-18
• 2.2.2 珀?duì)柼?yīng)18-19
• 2.2.3 湯姆遜效應(yīng)19
• 2.3 熱電材料及單元19-21
• 2.4 熱管傳熱基本理論21-24
• 2.5 內(nèi)燃機(jī)傳熱基本理論24-25
• 2.6 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-31
• 2.6.1 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 2.6.2 熱管26
• 2.6.3 熱電發(fā)電組26-27
• 2.6.4 散熱片27
• 2.6.5 風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)散熱面積的計(jì)算理論計(jì)算27-29
• 2.6.6 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻性能計(jì)算29-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第3章 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)熱源溫度場分析32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程仿真32-37
• 3.2.1 建模軟件及基本理論32-34
• 3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程仿真模型的建立及驗(yàn)證34-37
• 3.3 風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)溫度場分析及理論基礎(chǔ)37-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)性能分析46-62
• 4.1 概述46
• 4.2 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度場分析46-52
• 4.2.1 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)模型的建立46-47
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分47
• 4.2.3 邊界條件和參數(shù)設(shè)定47-48
• 4.2.4 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度場的仿真與結(jié)果分析48-52
• 4.3 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻性能分析52-55
• 4.4 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)熱電性能分析55-61
• 4.4.1 熱電單元有限元模型55-56
• 4.4.2 邊界條件和參數(shù)設(shè)置56-57
• 4.4.3 熱電單元仿真結(jié)果分析57-58
• 4.4.4 整個(gè)系統(tǒng)的分析58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化仿真分析62-67
• 5.1 引言62
• 5.2 熱電單元橫截面積以及厚度對其發(fā)電性能的影響分析62-63
• 5.3 散熱片尺寸對系統(tǒng)散熱性能的影響分析63-64
• 5.4 散熱片節(jié)距、長度及熱電單元厚度的優(yōu)化64-65
• 5.5 優(yōu)化后系統(tǒng)的發(fā)電與冷卻性能分析65-66
• 5.5.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)65
• 5.5.2 改進(jìn)后溫差發(fā)電式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的性能分析65-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果72-73
• 致謝73

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本文編號(hào)：986189