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基于纳米流体的汽车尾气温差发电系统冷端强化传热研究
| 论文题名： | 基于纳米流体的汽车尾气温差发电系统冷端强化传热研究 |
| 关键词： | 汽车尾气温差发电系统;强化传热;纳米流体;输出功率 |
| 摘要： | 目前，我国仍面临着严重的能源短缺和环境恶化等问题，节能减排技术也因此成为了汽车行业的研究热点。基于塞贝克效应的汽车尾气温差发电系统可以回收尾气废热并将其转化为可供车载电器使用的电能，从而降低燃油消耗，减少污染物排放。汽车尾气温差发电系统的发电功率主要与冷热端的温差直接相关，强化冷端传热对于提高温差发电系统输出功率具有重要意义。纳米流体作为新型传热工质，因具有优良的强化传热性能而被大量运用到热能工程等领域。为了提升温差发电系统冷端的传热性能，从而提高系统的输出功率，本研究将其应用到汽车尾气温差发电系统的冷端，采用理论研究、数值仿真与实验验证相结合的方法，对使用纳米流体作为冷却介质时冷端传热特性和系统输出特性进行研究，主要包括以下几个方面： 首先，基于温差发电技术和传热学原理，建立尾气温差发电系统传热模型，并分析了现有的强化换热技术，提出可以利用纳米流体的强化传热机理来提高流体的对流换热系数，从而改善温差发电系统冷端的传热效果。确定了纳米流体的热物性数学模型和流动换热计算模型，为后文的数值仿真奠定基础。 其次，利用数值仿真技术对纳米流体在温差发电系统冷却水箱中的流动换热过程进行模拟，研究纳米粒子的种类和浓度等因素对系统综合性能的影响，并与乙二醇水溶液冷却时进行对比，提出了冷端传热性能和系统输出特性评价指标。 随后，搭建热电器件性能测试实验台架，通过“两步法”制备了体积分数为1%、3%、5%的Al2O3-EG纳米流体和体积分数为5%的CuO-EG纳米流体，研究纳米粒子的种类和浓度对热电器件输出特性的影响，同时比较了使用不同冷却介质时水泵的工作压力，验证数值仿真的可靠性。 最后，基于东风天龙商用车搭建了包含尾气废热收集通道、热电模块和冷却水箱的车载尾气温差发电系统仿真模型，研究在各工况下使用纳米流体对冷端传热特性以及温差发电系统输出特性的影响。结果表明，使用体积分数为5%的Al2O3-EG纳米流体作为冷却介质可以使温差发电系统的输出功率提高约3.3%~5.3%。同时，由冷却液压降损失造成的水泵功率损耗在不同工况下均较小，远不及系统的总输出功率增幅。 |
| 作者： | 颜雨虹 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 苏楚奇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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