電控冷卻柴油機(jī)熱電余熱回收系統(tǒng)總能效率優(yōu)化研究.pdf

1、熱電直接轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)由于其裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)在內(nèi)燃機(jī)余熱回收領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注，熱電發(fā)電裝置在車輛上應(yīng)用時(shí)，通常使用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水作為冷源，在發(fā)電的同時(shí)也會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱負(fù)荷，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)能耗的增加，這就構(gòu)成了熱電發(fā)電裝置與冷卻系統(tǒng)之間的能量耦合關(guān)系。本文主要探究了在這種能量耦合關(guān)系影響下，如何通過熱電裝置設(shè)計(jì)匹配以及旁通閥優(yōu)化控制提高整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)及熱電余熱回收系統(tǒng)對燃油能量的利用效率。
　　為了提

2、高發(fā)動(dòng)機(jī)及熱電余熱回收系統(tǒng)對燃油能量的利用效率，本研究分別建立了發(fā)動(dòng)機(jī)、電控冷卻系統(tǒng)、熱電發(fā)電裝置實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在GT-SUITE軟件上以一臺(tái)12L重型柴油機(jī)為基礎(chǔ)研究對象，搭建了集成式電控冷卻柴油機(jī)熱電余熱回收系統(tǒng)仿真模型，并使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對該模型進(jìn)行了校核，為后續(xù)的仿真研究提供了可靠的平臺(tái)基礎(chǔ)，同時(shí)從能量回收利用的全歷程角度提出了總能效率評價(jià)指標(biāo)，用于對熱電裝置帶來的總能效率改善進(jìn)行評價(jià)分析。研究從設(shè)計(jì)匹配的角度在發(fā)動(dòng)機(jī)最常用工況點(diǎn)13

3、00rpm-80％負(fù)荷下探究了熱電余熱回收裝置關(guān)鍵參數(shù)對系統(tǒng)總能效率的影響規(guī)律，并提出了優(yōu)化匹配原則，研究結(jié)果表明:相比于增加冷卻管對流換熱面積，增加排氣管對流換熱面積對總能效率改善更為有效;在相同優(yōu)值系數(shù)條件下，選擇Seebeck系數(shù)較高或?qū)崧瘦^低的熱電材料均可以提高系統(tǒng)總能效率;當(dāng)選擇Seebeck系數(shù)較高的熱電材料時(shí)，由于熱電裝置熱負(fù)荷較大，隨著熱電鋪設(shè)面積的增加額外冷卻能耗快速升高，總能效率有所下降，故而存在最優(yōu)鋪設(shè)面積;匹配

4、熱電裝置內(nèi)阻時(shí)，應(yīng)使其略微小于外部負(fù)載電阻，此時(shí)總能效率較高。
　　同時(shí)研究還從實(shí)際運(yùn)行工況出發(fā)，探究了熱電余熱回收裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)變工況下對總能效率影響的特征規(guī)律，研究結(jié)果表明:受冷卻系統(tǒng)能量耦合關(guān)系的影響，熱電余熱回收裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速大負(fù)荷區(qū)域?qū)ο到y(tǒng)總能效率改善較大;在道路工況下的節(jié)油率與加速時(shí)間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.66。
　　根據(jù)前文研究，熱電余熱回收裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下對系統(tǒng)總能效率改善不盡相同，為了使