船用发动机余热回收利用PPT答辩.pptx

船用发动机余热回收利用,余热发电背景,在社会经济发展的同时，无法避免对环境的污染。在当今社会，交通工具不论是在生活中还是在生产中，都是必不可少的重要组成，比如轮船。汽车，飞机等等。在这些交通工具里面，最重要的部件就是发动机。其应用范围非常广泛。不论是汽车，轮船还是飞机，发动机都起着不可代替的作用，随着交通工具数量的增加，发动机的数量也随之上升，而由于这样的原因，热排放量也每年逐渐提升，慢慢的影响到了人类的生产发展。我们一方面除了要发展经济以外，同时要注意对环境的保护和对资源的回收利用，提高能源的利用率，最大化的减小损失，所以，能源是中国社会更好进步的要害。提高能源的利用率，有效的回收利用二次能源是当今社会生产和发展的重要条件。,余热发电现状,目前在微电子发电机研究方面，国外微电子发电机的理论具有代表性的是普林斯顿大学，南加州大学和密歇根大学。美国的研究成果大多集中在日本的废热使用研究的军事。我国现阶段状况：热电是可逆的，热电发电和半导体冷却是热电现象的两个方面，相互可逆。一般是PN结，假设温差可以用来发电，若是电源，可以在一端使用冷源。然而温差发电,这几乎是一个空白。这是因为我国在军事高科技研发能力相对落后。现阶段随着何种学术互补，我国许多学者对外接触相干技术，在以后的发展中，这种情况一定会逐渐改善。,余热发电基础原理,余热发电理论基础,赛贝克效应：法国物理学家T.J.eebeck在1821.利用研究两种不同的材料构成不相同温度的两个节点，电路就会形成热电流。,赛贝克效应的计算分析,a,b为不同的两种材料。当两端的温度差在T时，就会产生电动势V，将其定义为电势率ab=V/T，当T趋近于0时，缩写为：ab=dV/Dt其中ab为塞贝克系数。,余热发电系统的理论计算,余热发电系统温度梯度的计算,余热发电系统的理论计算,余热发电系统温度梯度的计算,余热发电系统温度梯度的计算,电臂式热电发电机主要是通过导流铜，电偶臂，电绝缘热覆盖板组成。计算三种导热系数：Kc1=Kc2=Kc3=容易推得总的热导率为：K=,式中：c1导热覆盖基板有效热导率；c2导流片的有效热导率；c3电偶臂有效热导率；lc1导热覆盖基板厚度；lc2导流片厚度；lc3电偶臂厚度；Ac1导热覆盖基板的面积；Ac2导流片的面积；Ac3电偶臂面积；Kc1导热覆盖基板导热率；Kc2导流层导热率；Kc3电偶臂导热率。,氧化铝陶瓷是导热覆盖基板的组成，c1（20W/m.30W/m.）为有效导热率。当导热系数逐级增加c1=5W/m.导热覆盖基板厚度取：lc1=1mm导热覆盖基板的面积取：Ac1=100mm*100mm导流片的材料是铜,有效热导率c2=401W/m.（查自传热学赵镇南高等教育出版社P492附录3）导流片的厚度取：lc2=1mm导流片的面积取:Ac2=21mm*1mm电偶臂材料是Bi2Se3，有效热导率c3=140W/m.电偶臂厚度取：lc3=16.4mm电偶臂面积取:Ac3=3mm*3mm,所以：Kc1=50W/Kc2=8.421W/Kc3=0.077W/K=0.076,计算结果,根据傅立叶效应Qk=(Th-Tc)Ka=KT设：热端温度启始为800冷端温度为20所以：Qk总=KT总=0.076W/*780=10.184WQk1=Kc1T1=Qk2=Kc2T2=Qk3=Kc3T3=Qk总=10.184W所以：T1=0.2T2=1.2T3=132.3,单个电偶臂的功率计算和效率计算,根据牛顿的热力学规律，当热电发电机两端的温度差异时，热电发生器产生热量。来自热源的热电偶得到的热量是珀尔帖热，焦耳热和热传递的三个之和：,发电效率；P输出到负载上的电能；I回路中产生的电流；Qh热端的热流；Ql低温热源从低温端吸收的热流；RL负载电阻；R电偶臂的内阻；NP塞贝克（Seebeck）系数；K热传导系数；T1热源温度；T2冷源温度。,电流回路，消除未知量电流I，则发电器的输出功率P为：,由上述三式可得到热电发电器的转换效率为:,内阻R计算公式为:LNN型电偶臂臂长；NN型电偶臂电导率；ANN型电偶臂截面积；LPP型电偶臂臂长；PP型电偶臂电导率；PP型电偶臂截面积。NP5根据实验得出L/A0.55mmNP=200（v/）R0.00275T18000.21.2798.6T2798.6132.3666.3T1T2132.3当RLR时，功率最大,所以：,余热发电系统的功率与效率的理论计算选择开始水温为：20水的流量为：q1v1*s末温为25选择尾气温度为：800尾气的流速为：v23m/s末温为100水的比热容C14200j/kg*尾气的密度11.29kg/水的密度11000kg/尾气的比热C2=1003j/kg*假设：忽略热的损耗，则Q水Q气Q=C*M*C*V*=C*v*s*t*设：S水道S气道t1t2则C1*1*q1*VC2*2*v2*,假设现在余热发电系统有三个模块：P=152.8WQ热=CVT=CVS(通气管道面积)tT选择尾气温度为：800末温为100尾气的比热C2=1003j/kg*尾气的密度11.29kg/m，尾气的流速为：v23m/st=S/V1=0.104ss（通气管道截面积）=0.10.1=0.01m,T=700Q热=CVT=CVStT=2825.8W=,余热发电系统的设计相比以往一般的研究基础上，微卷式，热电堆，薄膜热电发电器是电热发电器的重要构成，下面是对三种结构的讲解和分析，再使用功能和优、劣相比从而选出所需求的发生器类型来进行研讨分析和剖析。,1微型线圈式电加热器,优点：热电转换器的热损失较小，热能利用率较高。缺点：加工过程复杂，艰难。,2微型热电发生器优点:微处理技术相对成熟，其尺寸相对较小。缺点:一般功率较低。,3.热电堆式热电发电器,选择理由:PN节和温度场的热电堆并联，每对PN结温差相同，所以每对PN结串联，发电功率较大，最终采用热电堆热电.,余热发电器模块的设计热电堆型微电热发电机主要包括上，下热罩，分流芯片，焊料层，PN结悬臂和输出线等部件。微电子发电机的输出功率和效率会被接触电阻影响，汤姆逊效应和温度波动的影响以及热覆盖片，导流板和焊料层对热导率的影响。热电发电器模块的设计有水流道、气流道和热电发电偶臂的构造设计。设计这个模块的形态要注意热量的最大利用。,下面我以简图的形式来介绍一下方形热电发电器电偶臂的具体组成：,通气管道的结构设计通气管道位于发电模块中心，选取铜为导热介质，在管道增加了一井字形的材料为铜的导热肋板，增加整个管道的导热率，优化整体的热利用率。,连接通气管道位于通气管道外部，组成为铝合金（4.5Cu，1.5%Mg，0.6%Mn）,其安置方法是为底部四边用75和95的铅锡合金焊接在通气管道的四边上。通气管道的这种隆起设计是为了将尾气分散导入通气管道，避免尾气堵塞，也可以将尾气中的余热更好的被铜片吸收传递给导热层，提高热利用率。,通水管道的结构设计位于通气管道外面的是两对尺寸不同但外形一样的通水管道，其材料为铝合金（4.5Cu，1.5%Mg，0.6%Mn），该管道的元件有：2个管道接头、三块铝合金板（两块小的规格为：182.8*20*2,还有一块大的规格为：405.6*104*2）。管道的制造步骤为：管接头用75和95的铅锡合金焊接在打好孔的小铝合金板上，焊接时防止产生空隙，避免漏水的的情况，再将那块大的铝合金依照图纸折好，用75和95的铅锡合金焊接好，下一步整体焊接，再观察看出现有无漏水现象，及时修补。,通水管道（2）与上方做法相同，只是规格不一样的，总的一点要求就是：焊接完毕后水检，检查何处漏水，及时进行修补，防止后期漏水。,余热发电器的设计发电机组主要有热盖基板，导流板和电臂三部分。当电臂端部之间的温差，P，N结两种不同的热电材料会产生Seebeck（Seebeck）效应，所以电路中有电流。,PN电动臂式热电发电机在通风管与水管之间，PN热电偶热电发电机有电绝缘热套，引流铜和PN电臂，热盖95的氧化铝陶瓷，导电层材料为铜板，焊料层为75和95的锡和导电银塑料和高温银浆。电臂材料为Bi2Se3，热电发电机电臂横截面尺寸为3mm3mm，高16.4mm，电臂对对199对。从以往的理论分析可以看出，热电材料的选择赛贝克越高，质量越好。,导流层,余热发电器模块的固定框架设计考虑到固定框架的最大承受力，同时要让内部的原件牢牢固定在一起，无法移动，所以应该选择硬度较高的材料，这里可以使用不锈钢。用螺母固定好之后，要注意在一侧留下适宜的