汽車余熱回收系統

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汽車余熱回收系統

汽車常用的往復式發動機不能將燃料產生的能量全部用于機械工作，在一個標準的循環工況下，約有40%能量通過高溫廢氣以熱能的形式耗散在外部空氣中。而使用余熱回收系統可以對上述熱量進行回收，并將其轉化為電力以重新被汽車使用，從而可節省燃料，降低碳氫化合物和碳氧化合物的排放。

提出了一種新的余熱回收系統，該系統通過使用熱管和溫差發電器實現了對余熱的完全主動回收。其中，熱管是一種主動傳熱設備，其熱傳導率比銅高出多個數量級；溫差發電器相當于一個沒有運動部件的熱力發電機，當其兩側出現溫差時將產生電壓和電功率。當高溫廢氣通過汽車排氣管時，余熱回收系統通過扇片提取熱量，之后通過熱管將熱量傳遞到溫差發電器溫度較高的一側，而溫差發電器溫度較低的一側與發動機冷卻系統相連，保證了溫差發電器兩側具有足夠的溫差。由于溫差發電器和熱管具有工作溫度的限制，因而選用萘熱管。萘熱管的工作溫度為250～450℃，當廢氣溫度低于250℃時，不提取熱量，保證了發動機處于低負荷時不啟動余熱回收系統，使系統具有主動性。給出了新系統設計的原理圖以及相關組件連接圖。文中通過簡化假設，建立了新系統工作時的數學模型，模型共有14個方程，包含14個參數。選擇一個具有代表性的V6、3.8L火花塞式點火汽油機作為試驗模型，根據其排氣條件，借助上述模型對該新系統進行數值模擬，預測其性能。模擬時，設定發動機能夠提供8kW的機械功率并利用Maple數學軟件對得到的方程組進行求解。模擬結果顯示，約有1825W的熱量傳遞進入新系統中，并產生了53.75W的電能，CO2排放量降低了1.125%。此外，該新系統還具有尺寸較小、質量較輕和成本較低等優點。

BradleyGlennOrretal. SAE 2015-01-0051.

編譯：李臣