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汽車余熱回收系統(tǒng)

汽車常用的往復(fù)式發(fā)動機(jī)不能將燃料產(chǎn)生的能量全部用于機(jī)械工作，在一個標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)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(tǒng)可以對上述熱量進(jìn)行回收，并將其轉(zhuǎn)化為電力以重新被汽車使用，從而可節(jié)省燃料，降低碳?xì)浠衔锖吞佳趸衔锏呐欧拧?/p>

提出了一種新的余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過使用熱管和溫差發(fā)電器實現(xiàn)了對余熱的完全主動回收。其中，熱管是一種主動傳熱設(shè)備，其熱傳導(dǎo)率比銅高出多個數(shù)量級；溫差發(fā)電器相當(dāng)于一個沒有運(yùn)動部件的熱力發(fā)電機(jī)，當(dāng)其兩側(cè)出現(xiàn)溫差時將產(chǎn)生電壓和電功率。當(dāng)高溫廢氣通過汽車排氣管時，余熱回收系統(tǒng)通過扇片提取熱量，之后通過熱管將熱量傳遞到溫差發(fā)電器溫度較高的一側(cè)，而溫差發(fā)電器溫度較低的一側(cè)與發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)相連，保證了溫差發(fā)電器兩側(cè)具有足夠的溫差。由于溫差發(fā)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(dāng)廢氣溫度低于250℃時，不提取熱量，保證了發(fā)動機(jī)處于低負(fù)荷時不啟動余熱回收系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有主動性。給出了新系統(tǒng)設(shè)計的原理圖以及相關(guān)組件連接圖。文中通過簡化假設(shè)，建立了新系統(tǒng)工作時的數(shù)學(xué)模型，模型共有14個方程，包含14個參數(shù)。選擇一個具有代表性的V6、3.8L火花塞式點火汽油機(jī)作為試驗?zāi)Ｐ?，根?jù)其排氣條件，借助上述模型對該新系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測其性能。模擬時，設(shè)定發(fā)動機(jī)能夠提供8kW的機(jī)械功率并利用Maple數(shù)學(xué)軟件對得到的方程組進(jìn)行求解。模擬結(jié)果顯示，約有1825W的熱量傳遞進(jìn)入新系統(tǒng)中，并產(chǎn)生了53.75W的電能，CO2排放量降低了1.125%。此外，該新系統(tǒng)還具有尺寸較小、質(zhì)量較輕和成本較低等優(yōu)點。

BradleyGlennOrretal. SAE 2015-01-0051.

編譯：李臣