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B127发动机冷却循环水热能回收利用,b127,发动机,冷却,循环,热能,回收,利用,应用
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1 理工科类 本科生毕业设计（论文）开题报告 论文 (设计 )题目 发动机冷却循环水热能回收利用 作者所在系 别 机电工程学院 作者所在专业 车辆工程 作者所在班级 者 姓 名 曾伟 作 者 学 号 201322422 指导教师姓名 孟立新 指导教师职称 讲师 完 成 时 间 2017 年 4 月 北华航天工业学院教务处制 2 说 明 1 根据学校毕业设计 (论文 )工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告。开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2 开题报告 应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。 开题报告不合格者需重做。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现 缩写词，须注出全称。 4开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。 5 阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（ 土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 6参考文献的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。 7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在 2000 字左右。 1 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 曾伟 专 业 车辆工程 班 级 导教师姓名 孟立新 职 称 讲师 工作单位 北华航天工业学院 课题来源 教师自拟题目 课题性质 应用研究 课题名称 发动机冷却循环水热能回收利用 本设计的科学依据 （科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 换热器是化工、石油、钢铁、汽车、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。尤其在化工生产中，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用甚为广泛。二十世纪 20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧 凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。 30 年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自 60 年代 开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。 70 年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。我国出口的换热器均价平均不到进口均价的一半， 2005 年更是降到了 25以下。可以想见，我国出口的产品多是附加值低的中、低端产品，而进口的产品多是附加值高的高端产品。这充分说明我国对高端 换热器产品需求旺盛但供给不足的市场现状。预计“十一五” 期间，我国的换热器进口规模还将维持在一个相对较高的水平（约 200 300 万台之间），且更加向高端产品集中。 2 汽车冷却系统的作用是保证发动机可以迅速达到理想的工作温度，并且无论环境和工作条件如何变化，始终保持在这一温度范围。无论是在极冷或极热的条件下，无论是在交通堵塞的城市环境中还是在高速公路上全力行驶时，发动机必须能够高效的运转。现代的高效率发动机对工作温度有着极其精 确的要求。尽可能高效率的利用燃油对于尾气排放也是很重要的。冷却液在缸盖和发动机缸体内的水道中循环流动时吸收热量，然后在水泵的作用下，使冷却液流入散热器，而车外的空气穿过散热器栏，将散热器中的冷却液进行冷却，冷却系统中的冷却液流量是由一个节温器控制的，可以保持升温和冷却的平衡保证发动机温度在正常范围内。 3 设计内容和预期成果 （具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果 和 提 供 的 形式） 通过本课题 掌握 车辆 冷却系统的构造 ，加深了解对发动机 冷却系统 和相关因素的认知； 通过 了解 发动机 冷却系统故障 现象、原因 。 对冷却系统进行维护 保持升温和冷却的平衡保证发动机温度在正常范围内 ， 保证现代 高效率发动机对工作温度有着极其精确的要求 ， 尽可能高效率的利用燃油。分析不同原因诊断的方法和技巧 来对维修诊断的方法方式进行一个有效的学习。 重点和难点 ： 重点 :由于发动机 冷却 系统的复杂性，发动机 冷却系统 受到有 水泵 、节温器 、 水箱 、 水道 、 温控开关 、 电子风扇、冷却液 等等因素的影响 ,并加以分析。 难点； 由于发动机冷却系统故障因素受多方面影响需逐步的按条理理清思路，从基础着手一步一步深入探讨才能使问题得到解 决 4 拟采取设计方法和技术支持 （设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等） （ 1）收集和查阅相关资料； （ 2）查看实习单位的 工作 手册； （ 3）咨询指导教师； （ 4）上网查找相关文献； （ 5）根据实习报告中具体的工作内容形成的体会。 实现本项目预期目标和已具备的条件 （ 包 括 过 去 学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境 及 协 作 条 件等） 1、 可以从图书馆借阅相关的文献资料 2、 了解热能回收装置的使用 3、 了解加工工艺要求 4、 使用绘图软件，能熟练绘制零件图 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位 ) 1 明确设计任务和目标。有关资料收集 ， 完成外文翻译，相关知识学习 ， 完成开题报告。 3 系统的硬件、软件设计并进行程序调试，编写调试报告。检查毕业实习完成情况。 7 系统仿真。 11 系统联调与设计修改，指导撰写毕业设计论文。 13 撰写设计论文。相关表格填写，申请答辩。 5 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 地点 主持人 参 会 教 师 姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称） 论 证 情 况 摘 要 记录人： 指 导 教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日 本科生毕业设计 (论文 )文献综述 设计 (论文 )题目 发动机冷却循环水热能回收利用 作者所在系 别 机电工程学院 作者所在专业 车辆工程 作者所在班级 者 姓 名 曾伟 作 者 学 号 201322422 指导教师姓名 孟立新 指导教师职称 讲师 完 成 时 间 2017 年 4 月 北华航天工业学院教务处制 说 明 1 根据学校毕业设计 (论文 )工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计 (论文 )文献综述。文献综述作为毕业设计 (论文 )答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2 文献综述 应在指导教师指导下，由学生在毕业设计 (论文 )工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。 3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4学生撰写文献综述， 阅读的主要参考文献应在 10 篇 以上（ 土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 5文献综述的撰写格式按毕业设计 (论文 )撰写规范的要求，字数在 2000 字左右。文献综述应与开题报告同时提交。 第 1 页 共 4 页 基于 发动机冷却循环水热能回手利用 文献综述 摘要 ： 发动机 的冷却必 须适度，如果冷却过度，将使传热损失增加，发动机 燃油经济性变差，此外还会引起下述不良后果：燃油蒸发雾化不良，燃烧恶化；低温下机油粘度增大，使摩擦损失增大；温度过低还会使 气缸 的腐蚀磨损加剧。这些问题都将导致发动机输出的有效功率下降，经济性变坏，使用寿命减少。现代发动机中，冷却系统带走的热量约等于发动机燃料实际放热量的四分之一到三分之一左右。本装置的设计就是利用温差发电原理对冷却水带走的热量进行再次回收利用。 关键字 ： 冷却系统 ； 热量 ； 回收利用 of be if in of to of of of of In of is ： of 第 2 页 共 4 页 文 献 综 述 温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作 为循环工质，在朗肯循环 ( 基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵 通过高温热源加热蒸发器内的工作流体并使其蒸发，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片而达到发电的目的，发电后的工作流体被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源，因而冷却并再恢复成液体，然后经循环泵送入蒸发器，形成一个循环。 汤姆逊效应 的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的 自由电子 比温度低处的自由电子动能大。像气体一样，当温度不均匀时会产生热 扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在 导体 内形成 电场 ，在金属棒两端便引成一个 电势差 。这种自由电子的 扩散作用 一直进行到 电场力 对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。 美国科学家发现，鲨鱼鼻子里的一种胶体能把海水温度的变化转换成电信号，传送给神经细胞，使鲨鱼能够感知细微的温度变化，从而准确地找到食物，科学家猜测，其他动物体内也可能存在类似的胶体 工合成这种胶体，有望 在微电子工业领域获得应用。 美国旧金山大学的一位科学家在 2003 年 1月 30日出版的英国自然杂志上报告说，他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普通明胶相似的胶体，发现它对温度非常敏感， 温度变化都会使它产生明显的电压变化。 鲨鱼鼻子的皮肤小孔布满了对电流非常敏感的神经细胞 激神经，使鲨鱼感知到温度差异 助这种胶体，温度变化，这有利于它们在海水中觅食。 哺乳动物靠细胞表面的离子通道感知温度：外界温度变化导致带电的离子进 出通道，产生电流，刺激神经，从而使动物感知冷暖 鱼利用胶体，不需要离子通道也能感知温度变化。 威廉汤姆逊 1824年生于爱尔兰，父亲詹姆士是贝尔法斯特皇家学院的数学教授，后因任教格拉斯哥大学，在威廉 8岁那年全家迁往苏格兰的格拉斯哥。汤姆逊十岁便入读格拉斯哥大学 (你不必惊讶，在那个时代，爱尔兰的大学会取录最有才华的小学生 )，约在 14岁开始学习大学程度的课程， 15 岁时凭一篇题为“ 地球形状 ”的文章获得大学的金奖章。汤姆逊后来到了剑桥大学学习，并以全年级第 2 名的成绩毕业。他毕业后到了巴黎，在勒尼奥的指导下进行了一年实验研究。 1846年至 1899年，汤姆逊新回到格拉斯哥大学担任自然哲学 (即现物理学 ) 教授， 1899年汤姆逊正式退休。 汤姆逊在格拉斯哥大学创建了第一所现代物理实验室； 24岁时发表一部热力学专著，建立温度的“绝对 热力学温标 ”； 27岁时发表热力学理论一书，建立 热力学第二定律 ，使其成为物理学基本定律；与焦耳共同发现 气体扩散 时的焦耳 汤姆逊效应 ；历经9年建立欧美之间永久大西洋海底电缆，由此获得“开尔文勋爵”的贵族称号。 汤姆逊一生研究范围相当广泛，他在 数学物理 、 热力学 、电磁学、弹性力学、 以太 理论和地球科学等方面都有重大的贡献。撇开这些不谈，回到“汤姆逊效应”这个主题上来。 第 3 页 共 4 页 在介绍汤姆逊效应之前，还是先介绍一下前人所做 的工作。 1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，此所谓“ 塞贝克效应 ”。 1834年，法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应：两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两 个接头之间将产生温差，此所谓 珀尔帖效应 。 1837年，俄国物理学家愣次又发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流的大小成正比。 1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞 贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为，在绝对零度 时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上，他又从理论上预言了一种新的 温差电 效应，即当电流在温度不均匀的 导体 中流过时，导体除产生不可逆的 焦耳热 之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成 电势差 。这一现象后叫汤姆孙效应（ 成为继 塞贝克效应 和帕尔帖效应之后的第三个 热电效应（ 塞贝克效应 是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差（其中的一端产生热量，另一端吸收热量）的现象，两者结合起来就构成了 汤姆逊效应 。 随着我国汽车工业的发展，车辆消耗的能源与 日俱增，汽车的节能也越来越受关注。然而，以现有的内燃机指标评估，燃油中 60左右的能量没有得到有效利用，绝大部分以余热的形式排放到大气中，回收这些能量进行循环利用作为一种最直接的节能方式越来越被大家所重视。因此利用温差发电技术，回收汽车冷却循环水余热发电是一个很好的节能途径，具有独特的优势和良好的 应用前景。近年来，车用发动机余热温差发电技术发展很快，转换规模在数十瓦至上千瓦之间在国外， 汽车业巨头也都在作这方面的研究，他们使用价格昂贵的高温热电材料提升热电转换效率。 够回收十几千瓦的能量。据介绍，高效回收的电能将会超出一 辆汽车所需要的正常用电。多出来的这部分可以储存作为汽车辅助动力从而形成混合动力区驱动车辆，而这也是余热回收发电技术的最终目的。 第 4 页 共 4 页 参考文献 1 吕雪瑛，王建， 孙鸿飞 91202 部队 葫芦 岛 125003） 2 陈 金 灿， 严子 浚 . 半导 体温 差发 电 器 性能 的优 化分 析 J. 半导 报 学报 5(2): 1233 蔡永华，明平顺，肖金生等 . 最大功率和效率条件下的热电器件性能优化 J. 武汉 理工大学学报：信息与管理工程版， 2009， 31(2):267 4 贾 磊，陈则韶，胡 芃等 . 半导体温差发电器件的热力学分析 J. 中国科学技术大 学学报， 2004， 34(06):684 5 屈 健 , 李 茂 德 . 半 导 体 温 差 发 电 器 的 工 作 性 能 优 化 J. 低温工程 , 2005(2): 206 张 宁 ,李 鹏 ,肖金生，张清杰 J. 武汉 理工大学学报 7 蔡永华，杨天麒，赵在理等 . 集热体物性对太阳能热电发电系统性能的影响J. 武 汉理工大学学报：交通科学与工程版， 2009， 33(3):4718 林比宏 . 太阳能 半 导 体温 差发 电器 的 输 出功 率 J 师 范学 院 学报 , 2002, 20(6): 209 :邓顿 损失数值模拟研究 J2011. 10 M敏 ,张景韶 ,译 兵器工业出版社 , 1966. 11 , on . 003(115):141 12, . 2006(80):170 176. 13 刘洪权 ,宋英 ,孙秋 ,等 J2008, 40(9):1431一 143. 14葛绍岩 ,那 鸿悦 M科学出版社 ,1989 15 M. of 第 5 页 共 4 页 指导教师意见 指导教师： 年 月 日 专业教研室审查意见 负责人： 年 月 日 密 级 分类号 编 号 成 绩 本科生毕业设计 (论文 ) 外 文 翻 译 原 文 标 题 an 文 标 题 用于内燃机的冷却水循环装置 作者所在系 别 机电工程学院 作者所在专业 车辆工程 作者所在班级 者 姓 名 曾伟 作 者 学 号 201322422 指导教师姓名 孟立新 指导教师职称 讲师 完 成 时 间 2017 年 4 月 北华航天工业学院教务处制 共 7 页 第 1 页 译文标题 用于内燃机的冷却水循环装置 原文标题 an 作 者 译 名 国 籍 原文出处 为了加速内燃机的预热运转并迅速提升冷却水的温度，在发动机主体 3 和散热器 5 之间使冷却水再循环的散热器侧冷却水循环回路 E，加热器侧冷却水提供了用于使发动机主体 3 和加热器芯体 7 之间的冷却水再循环的再循环回路 F，以及用于使绕过散热器 5的冷却水再循环的散热器旁路回路 5设置在发动机主体连通路 14 和散热器旁路通路 19 合流为一个位置的位置，当冷却水流过散热器侧冷却水再循环回路 E 时，的冷却水超过散热器水通道允许温度 T 1，并且当其温度不高于散热器水通道允许温度 T 1 时，允许冷却水流过 散热器旁路回路 3 设置在加热芯指向连通通道 21 的中途，用于当冷却水的温度不高于加热器水通过限度时减少流入加热器芯 7 的冷却水量温度 T 2。电水加热器 34设置在水套 12 内。 通过使用安装在冷却水系统中的小型蓄热器，可以防止在预热期间排气的故障。 这样的冷却系统包括：冷却水通道，用于将从汽车发动机的冷却水出口流出的冷却水返回到通过散热器的冷却水入口 ;第一旁通通道，用于使冷却水刚刚从冷却水出口流出后返回到 通过散热器的冷却水入口，第二旁路通道，用于使冷却水刚好从发动机的冷却水出口流出到通过散热器的冷却 水入口之后，将冷却水通过散热器的热传感部分 恒温器，用于相应于通过第一旁路通道安装的发动机和蓄热器的负载减小而相对于第二旁路通道扩大与第一旁通通道的冷却水流量比的流量调节阀。 发动机冷却系统： 发动机的冷却系有风冷和水冷之分。以空气为冷却介质的冷却系成为风冷系；以冷却液为冷却介质的称水冷系。 1、冷却系统的循环 汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。冷却系主要由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱、节温器、发动机机体和气缸盖中的水 套以及附属装置等组成。 在冷却系统中，其实有两个散热循环：一个是冷却发动机的主循环，另一个是车内取暖循环。这两个循环都以发动机为中心，使用是同一冷却液。 共 7 页 第 2 页 一、冷却发动机的主循环： 主循环中包括了两种工作循环，即“冷车循环”和“正常循环”。冷车着车后，发动机在渐渐升温，冷却液的温度还无法打开系统中的节温器，此时的冷却液只是经过水泵在发动机内进行“冷车循环”，目的是使发动机尽快地达到正常工作温度。随着发动机的温度，冷却液温度升到了节温器的开启温度 (通常这温度在 80后 )，冷却循环开始 了“正常循环”。这时候的冷却液从发动机出来，经过车前端的散热器，散热后，再经水泵进入发动机。 二、车内取暖的循环： 这是一个取暖循环，但对于发动机来说，它同样是一个发动机的冷却循环。冷却液经过车内的采暖装置，将冷却液的热量送入车内，然后回到发动机。有一点不同的是：取暖循环不受节温器的控制，只要打开暖气，这循环就开始进行，不管冷却液是冷的、还是热的。 2、冷却系统部件分析 在整个冷却系统中，冷却介质是冷却液，主要零部件有节温器、水泵、 水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感应器 、蓄液罐、采暖装置 (类似散热器 )。 1)冷却液： 冷却液又称防冻液，是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。它需要具有防冻性，防蚀性，热传导性和不变质的性能。现在经常使用乙二醇为主要成分，加有防腐蚀添加及水的防冻液。 2)节温器： 从介绍冷却循环时，可以看出节温器是决定走“冷车循环”，还是“正常循环”的。节温器在 80后开启， 95时开度最大。节温器不能关闭，会使循环从开始就进入“正常循环”，这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器不能 开启或开启不灵活，会使冷却液无法经过散热器循环，造成温度过高，或时高时正常。如果因节温器不能开启而引起过热时，散热器上下两水管的温度和压力会有所不同。 3)水泵： 水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系中循环流动。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液，轴承毛病使转动不正常或出声。在出现发动机过热现象时，最先应该注意的是水泵皮带，检查皮带是否断裂或松动。 4)散热器： 发动机工作时，冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过，热的冷却液由于向空气散热而变冷。散热器上 还有一个重要的小零件，就是散热器盖，这小零件很容易被忽略。随着温度变化，冷却液会“热胀冷缩”，散热器器 共 7 页 第 3 页 因冷却液的膨胀而内压增大，内压到一定时，散热器盖开启，冷却液流到蓄液罐；当温度降低，冷却液回流入散热器。如果蓄液罐中的冷却液不见减少，散热器液面却有降低，那么，散热器盖就没有工作！ 5)散热风扇： 正常行驶中，高速气流已足以散热，风扇一般不会在这时候工作；但在慢速和原地运行时，风扇就可能转动来助散热器散热。风扇的起动由水温感应器控制。 6)水温感应器： 水温感应器其实是一个温 度开关，当发动机进水温度超出 90以上，水温感应器将接通风扇电路。如果循环正常，而温度升高时，风扇不转，水温感应器和风扇本身就需要检查。 7)蓄液罐： 蓄液罐的作用是补充冷却液和缓冲“热胀冷缩”的变化，所以不要加液过满。如果蓄液罐完全用空，就不能仅仅在罐中加液，需要开启散热器盖检查液面并添加冷却液，不然蓄液罐就失去功用。 8)采暖装置： 采暖装置在车内，一般不太出问题。从循环介绍可以看出，此循环不受节温器控制，所以冷车时打开暖气，这个循环是会对发动机的升温有稍延后的影响，但 影响实在不大，不用为了让发动机升温而使人冻着。也正因为这循环的特点，在发动机出现过热的紧急情况下，打开车窗，暖气开大最大，对发动机的降温会有一定的帮助。 3冷却系统的设计 冷却系统的作用是在所有工况下，保证发动机在最适宜的温度下工作，冷却系统匹配的是否合适将直接影响到发动机的使用寿命和燃油经济性，所以在冷却系统的设计及计算中，散热器的选型以及风扇的匹配对冷却系统起着至关重要的作用。 为便于组织气流，散热器布置在整车的前面，但由于受到整车布置空间的限制，在其前面还布置了空调冷凝器， 这会增加风阻，影响散热器的进风量，从而影响冷却系统的冷却能力。风扇布置在散热器后面，靠风扇电机带动。 总结：以上就是关于发动机冷却系统的主要内容。如还需更多相关农机技术信息方可查阅其他文章。 共 7 页 第 4 页 附录：外文原文 To a of an to a of a an a , a a , a A 5 is at a an 4 a 9 to of a 1 to is 1 . A 3 is in a of a 1, an of to of is a 2 . An 4 is a 2. By a in a of up is a a a of an to a a a to a of to by a of a a a to to to a of a of of is of as is as as 1, of he of is a a to of to in is of in as as In in is to is as as is of of is in is to as as 共 7 页 第 5 页 to of 0 C), a of by as as is a it is an s to is is by as as is of is or as as 2, n is of to as 1) as is of to of of It to of as as 2) of is to 0 C 5 C. be or as as be or is is or If to up be as 3) of is to to it in is by by is or In of to is is or as 4) is in in as it to is an is be to of to a to If in be is is as 5) In is to at in in to of 共 7 页 第 6 页 is by as 6) is a 0 be to If is to be as 7) of is to so do If is in to to or as 8) in a As be is by so to a in is to It is of of in of of as as 3. he of is to is at in of to of in of of of a in as In to of is in of to of in of it is f is is by as is of If to 共 7 页 第 7 页 注： 1. 指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面：翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业设计（论文）的参考文献；翻译的外文文献字数是否达到规定数量（ 3 000 字以上）；译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。 2. 外文原文应以附件的方式置于译文之后。 指 导 教 师 评 语 外文翻译成绩： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计报告 (论文 ) 报告 (论文 )题目： 发动机冷却循环水热能回 收利用 作者所在系部： 机电工程学院 作者所在专业： 车辆工程 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 曾伟 作 者 学 号 ： 201322422 指导教师姓名： 孟立新 完 成 时 间 ： 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业论文 I 摘要 汽车行业和人类生活息息相关，如今我们的生活已经和汽车密不可分，它在我们生活的交通运输中承担着无比重要的作用。众所周知，汽车长时间行驶后发动机会过热，这时冷却循环水会在发动机的冷却循环水路内循环，给发动机降温，使汽车能够正常运行。然而冷却循环水带走的热量直接散发到空气中，造成热量流失，从而造成发动机燃油经济性降低。为了提高经济效益，支持国家节能环保的政策方针，本文将对汽车发动机冷却循环系统进行分析，并对发动机冷却循环水的热能进行二次利用，提高能量利用率，从而提高发动机燃油经济性。 关键词： 发动机 热量 回收利用 经济性 北华航天工业学院毕业论文 he is to is to It a in of As we a of in so in of In to in of of of 华航天工业学院毕业论文 1 目录 摘要 . I . 1章 绪论 . 3 题背景 . 3 题应用情况 . 3 题意义 . 4 却循环水热能回收利用的途径 . 4 级利用 . 4 级利用 . 4 却循环水低温余热回收利用的技术 . 5 用朗肯循环低温余热发电 . 5 泵余热回收利用技术 . 5 管换热器余热回收利用技术 . 5 热器余热回收利用技术 . 5 本章小结 . 6 第 2章 发动机余热利用国内外的研究背景与现状 . 7 发动机余热利用概述 . 7 发动机余 热利用采暖系统 . 8 作用 . 8 分类 . 8 温差发电系统 . 9 温差发电的基本理论 . 9 温差发电的典型系统与实例 . 10 章小结 . 11 第 3章 发动机冷却循环水热能回收 . 12 收原理 . 12 冷却循环水热能回收利用装置的设计 . 13 源散热器的设计 . 17 北华航天工业学院毕业论文 2 却循环水温差发电装置的整体结构与要求 . 17 体结构 . 17 置要求 . 18 章小结 . 20 结论 . 21 北华航天工业学院毕业论文 3 第 1 章 绪论 题背景 题应用情况 通过查阅资料得知发动机冷却循环水所携带的热能在冬季汽车取暖上有所应用。冷却系统结构示意图如下： 图 1温器是用来控制冷却循环水路是进行小循环还是大循环的一个装置。节温器可以感知冷却循环水的温度。当冷却循环水的温度不足以进入大循环时，旁通阀关闭，这时冷却循环水不进入散热器，直接在发动机水套内进行小循环，这样一来冷 却循环水避免了不必要的冷却，温度将会迅速的升高。当冷却循环水温度过高时，旁通阀打开，冷却循环水进入散热器进行大循环，升温的冷却循环水经风扇产生的空气流冷却，散失部分热量。 冷却循环水进行大循环时，部分热能直接散失在空气中，而这部分热能在汽车取暖方面有所应用。冬天天气寒冷时，我们会打开汽车的暖气，使车厢内温度处于一个适宜的环境。汽车的暖气系统就是将发动机冷却循环系统的高温冷却循环水导入暖气系统的暖风散热器内进行循环。汽车暖气系统的风扇将空气流吹过北华航天工业学院毕业论文 4 暖风散热器进行加热，再经过管道进入车厢内，从而使车厢内的环境温度 适宜。 题意义 现如今能源资源越来越紧张，节能减排，能量回收利用已然成为一个世界性研究的课题。我国是一个社会主义国家，一直坚持走可持续发展的道路，在节能环保方面也是大力倡导，并且制定了一系列基本国策和政策方针。因此，对废弃能源进行回收后二次利用，不仅符合我国的基本政策，还可以减少废弃物的排放，为保护环境作出一份贡献。本课题研究的是对发动机冷却循环水的热能进行回收利用，一方面减少了发动机排放在空气中的热量，另一方面提高了能量利用率，使发动机的燃油经济性得到提升。我国一直跟随世界的脚步， 响应节能减排这个世界口号的号召，对废弃能源的回收技术也一直在进行研究。但有些废弃的热能还没有被充分利用，有些热能的回收利用中还存在者许多问题。而本课题将对发动机冷却循环水的热能进行回收利用，节省能源，提高能量利用率，从而提高发动机的燃油经济性。 却循环水热 能回收 利用的途径 冷却循环水热能回收利用的途径多种多样，人们也一直在研究怎样更简便、高效的回收热能，提高废弃能源的回收率。虽然回收的途径多种多样，但方式却只有两种同级和升级。 级利用 何谓同级利用，同级利用就是不提高废弃能源的的品级，将废弃能源的能量直接传递给别的载体来进行回收利用。比如在热能回收当中，我们知道，由于温差的缘故，热量会从高温处传递到低温处，在生活中将高温废热传递给生活用水，使人们有热水可用。这就是能量回收的同级利用。 级利用 所谓 升级利用 就是将低温余热、废热等通过一定方式转化为可以直接利用的高、中位能源。比如将风能、热能转化为便于储存，可随时利用的高品级的电能。北华航天工业学院毕业论文 5 在时代高速发展的今天，科技的突飞猛进，对于低温余热的回收利用技术的发展也有巨大的增益，低 温余热的回收利用技术将会越来越多。 却循环水低温余热回收利用的技术 用朗肯循环低温余热发电 郎肯循环就是利用低沸点有机工质的蒸发膨胀来来推动透平做工。冷却循环水将热能通过换热器传递给有机工质，使有机工质在透平内膨胀作工，从而将冷却循环水的热能转化为机械能。有机工质蒸汽膨胀作工后会进入冷凝器冷却液化，如此往复不断的循环就能发电或者产生动力。 泵余热回收利用技术 根据熵增原理我们知道，在自然状态下热量只能从高温处传递到低温处，而不能沿相反的方向进行传递。而热泵就是通过机械功，将此传递进行逆转，使低温处的能量传递到高温处。热泵采用的是逆卡诺循环的方式，将低温热能转移到高温热能，从而进行回收利用。 管换热器余热回收利用技术 热管换热器是一种导热率特别高的传热元件，它的内部也是通过工质循环来传递热量。它以导热性能高而著称，它的内部由多根热管排列组成。由于它的导热率高，导热性能好，因此，将它用于低温热能回收可以有效的提高回收率，减少热散失。 热器余热回收利用技术 变热器回收废能的原理用废能驱动变热器将废能转化为两部分，一部分转化为高品级能量进行回收利用，另一部分转化为更低品级能量排弃。这样就能对废弃能源进行部分回收。 我国已将变热器技术列入重点研究项目，未来变热器技术在节能减排，能量回收利用方面将起着越来越大的作用。 北华航天工业学院毕业论文 6 本章小结 而能源需求的缺口却日益增大，我国的能源供需矛盾也十分突出。 部分热能随烟气和冷却循环水排放到了大气中，因此余热回 收利用空间较大，对冷却循环水热能的回收利用能有效的提高燃油经济性，并且起到节能减排、保护环境的作用。 北华航天工业学院毕业论文 7 第 2 章 发动机余热利用国内外的研究背景与现状 发动机余热利用概述 发动机在不同的工况下 运转时 ，燃料燃烧 做功大部分转化为机械能驱动汽车行驶，但仍 有很大一部分能量随 汽车 尾气与冷却 循环 水散发 到空气中。发动机热能的表现形式不同，大致分为四个部分，一是驱动曲轴转动，转化为机械能，二是被冷却循环水带走的热量，三是被发动机排气带走的热量，四是其他辐射、摩擦等 。根据能量守恒定律研究得 其热平衡方程如下： b E S T Q Q Q (2 为燃料完全燃烧单位时间内放出的总热量。 为转化为有效功（ 机械能 ）的热量。 为冷却循环水带走的热量。一般 油机为 15 柴油机为 12 为发动机排气带走的热量。 一般 油机为 30 柴油机为 25 为其他 的 热量损失。 除有效功、尾气余热、冷却循环系统余热以外热量损失均在 此项损失 内 ， 比 如辐射 所造成的 热损失、 燃料燃烧不充分造成的 损失和其他没有计入的热损失等。 表 2热平衡方程各项组成 汽油机（） 柴油机（） 转化有效功热量 250 气带走热量 305却 系统 带走热量 152他热量损失 2 表中的数据可以得出，冷却系统带走了燃料燃烧产生的相当大的一部分热北华航天工业学院毕业论文 8 量，如今想要提高发动机的功率相当困难。但是，如果对冷却循环水热能进行回收，也未尝不是一种变相性提高发动机功率的方式。而且从数据来看，余热回收的空间较大，发展前景广阔。 发动机余 热利用采暖系统 作用 在天气变冷的时候，汽车的暖风系统可以给汽车内部供暖，使车内人员可以处在一个温度适宜环境中。而且汽车内开了暖风，造成汽车内外温度不同，汽车的挡风玻璃会因为温差的原因而起霜雾，影响驾驶者的视线，给安全驾驶带来隐患。这时暖风系统可以将暖风通过暖风管送到挡风玻璃进行除雾，以保证安全驾驶。 分类 1）水暖式暖风系统 水暖式暖风系统就是将发动机高温冷却循环水作为汽车暖气系统的热源，如图 2过热水调节阀，将发动机冷却循环水导入到汽车暖气系统的加热器中，在鼓风机的作用下，冷空气流经加热器的表面吸收热 量变成暖风再由风口吹到驾驶室中，供驾驶室取暖。 图 2北华航天工业学院毕业论文 9 2）气暖式暖风系统 气暖式暖风系统的 热源来自发动机排气系统 的尾气余热 。 发动机排气进入到换热器中，新鲜空气吹过换热器表面进行加热，然后再送入汽车车厢内。使车厢内的温度上升，通过调节空气的进入量，来调节车厢内的温度。 图 2温差发电系统 温差发电的研究包括 两个方面，一是热电元器件，二是发电器。对温差发电的研究已经成为热电学的一个重要领域。 温差发电的基本理论 热力学研究发现当一根金属导体棒的两端存在温差时，导体棒热端的电子会朝着冷端移动，从而形成电磁场产生电势差。 19世纪 20年代，塞贝克研究发现， 两种不同导体组成的回路，当两接头有温差时，回路中就会产生电流。 如图 2 实验表明，热电动势的大小与两个触点之间的温度差成正比，塞贝克系数定义为两点之间的电压差。 其数值为 北华航天工业学院毕业论文 10 0l i U d UT d T （ 2 单位为 V/以更常用的单位是 V /K。 图 2贝克效应示意图 赛贝克效应 是第一热电效应 是 将 热能 直接 转化为电能的途径，是温差发电的核心 理论。 温差发电的典型系统与实例 温差 发电系统通常由热电模块，废热通道和冷却水箱三部分组成 。 典型的热电发电系统如图 2 热电模块平铺在废热通道上，冷端为冷却水 ， 热端为 发动机排气。该装置结构简单 ， 安装方便，夹紧容易。缺点是在 废热通道中，废气的分布存在空隙，部分废气热量得不到充分利用。图 2型的温差发电系统 北华航天工业学院毕业论文 11 我国很多远洋船只 的发动机 上安装了余热发电装置， 利用温差发电原理对柴油机的排气余热进行回收。经查阅资料得知，回收的能量大约占柴油机所产生总热量的 。 虽然回收率不高， 但从节约 能量的角度来说， 这些热量 本来就是废热，能够进行回收利用对节能减排，提高能量利用率是相当可观的。 章小结 1 本章对发动机热能的去向，以及分布进行了简单的分析，分析表明发动机冷却循环水带走的热量是相当可观的，而对这部分热量进行回收是有意义，有价值的事情。 2. 对 现如今发动机冷却循环水的热能回收利用情况进行了简单的介绍，目前对发动机冷却循环水的热能回收利用还仅是用于汽车在冬季的时候取暖使用。 3. 本章还对温差发电原理进行了简单的介绍，并且还对它在远洋船舶发动机烟气余热回收的实际应用进行了介绍。这表明利用温差发电的理论，来对发动机冷却循环水进行回收利用是可行的。 北华航天工业学院毕业论文 12 第 3 章 发动机冷却循环水热能回收 收原理 采用温差发电原理对发动机冷却循环水进行回收，以冷却循环水的热能为热源，通过对冷源、热源以及发电模块的设计，将冷却循环水的热能直接转化为电能。 温差发电 原理 是基于塞贝克效应， 将 热能 直接 转化为 电能 。当一对温差电偶的两个接头处于不同温度时，电偶两端就有一定电动势。要得到较大的功率输出，通常把若干对温差电偶串 (或并 )联成为温差电堆。温差发电原理如图 3装置可利用温差直接产生电力。将 型半导体在热端连接，则在冷端可得到一个电压，一个 很多个这样的 为一个温差发电机。 图 3北华航天工业学院毕业论文 13 冷却循环水热能回收利用装置的设计 对温差发电装置的冷端、热端、发电模块进行设计，将发动机冷却循环水的热能进行收集并作用于温差发电装置的热端，并对冷端散热进行设计，使装置的冷热端具有一定温差。将发电模块置于两端之间即可产生电能。 源集热装置的设计 图 3却循环水集热器 如图 3中 1为冷却循环水路的进出口，发动机管路中的冷却循环水从集热器的一侧进入流经整个集热器，将携带的热量传递给集热器后再由另一侧排出回到发动机冷却循环管路中去。图中 2为吸热翅板，为的 是增加冷却循环北华航天工业学院毕业论文 14 水与集热器的接触面积，能更好的将冷却循环水的热量进行回收，之所以将集热器内部水路设计成曲折型，增加了冷却循环水在集热器中停留的时间，目的也是如此。图中 3是集热器耳朵，用来与发电装置的冷端进行联接固定。 集热器的下表面与温差发电模块的上表面相接触，将热量传递给发电模块的上表面。 差发电模块的设计 图 3差发电模块 如图所示，图 3的上表面与集热器的下表面相接触，作为温差发电器的热端，它的下表面与主散热片的上表面相接触，作为温差发电器的冷端。每个温差发电片的之间的空隙用隔热垫进行隔热，并且在隔热垫中嵌入导线，将所有温差发电片串联成一个整体，从而成为一个温差发电器。 温差发电片的发电原理：塞贝克效应（两种不同导体组成的回路，当两接头有温差时，回路中就会产生电流）。 北华航天工业学院毕业论文 15 图 3差发电原理图 ： 电势差，与温差成正比 ：塞贝克系数 热端温度 冷端温度 外接电阻 内阻 如图 3型和 端连接热源，另一端连接冷源，就形成了简易的温差电池（温差电偶），这就是温差发电的原理。而温差发电片的内部就是将若干个这样的温差电偶进行串并联，来提高电压和电流，其内部结构如图 3 北华航天工业学院毕业论文 16 图 3a) 温差发电片内部结构 图 3b) 温差发电片 北华航天工业学院毕业论文 17 源散热器的设计 由于热源采用的是发动机冷却循环水的热能，最高温度只有九十多度，对冷源降温的要求并不高，因此将温差发电装置的冷源将直接设计为散热片的形式，利用风冷降低温度，作为温差发电装置的冷源。 图 3热器 如图 3热器为一个整体，主散热片的上表面与温差发电片的下表面相贴合，下方的副散热片与主散热片垂直。散热器为风冷形式，当空气流经散热片的表面，会带走整
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