发动机冷却循环水热能回收利用设计【含3张CAD图纸+PDF图】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共35页)
编号：123007509
类型：共享资源
大小：1.05MB
格式：ZIP
上传时间：2021-04-23
上传人：好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
45
积分
- 关 键 词：
-
发动机
冷却
循环
热能
回收
利用
设计
CAD
图纸
PDF
- 资源描述：
-
喜欢这套资料就充值下载吧。。。资源目录里展示的都可在线预览哦。。。下载后都有，，请放心下载，，文件全都包含在内，，【有疑问咨询QQ:414951605 或 1304139763】
- 内容简介：
-
北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(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： B13142 作 者 姓 名 ： 曾伟 作 者 学 号 ： 201322422 指导教师姓名： 孟立新 完 成 时 间 ： 2017.05 北华航天工业学院教务处制摘要 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AbstractThe automobile industry is closely related to human life Nowadays， our life is closely related to the automobile It plays a very important role in the transportation of our life As we all know， the car will overheat after a long period of driving， when the cooling water cycle in the engine cooling cycle water, cooling the engine， so that the car can run properly However, the cooling away water carries away the heat directly distributed into the air， causing heat loss， resulting in lower fuel economy of the engine In order to improve economic efficiency， energy saving and environmental protection in support of national policy， this paper will analyze the cooling system of the engine， and the heat of the engine cooling water used for the two time， improve energy efficiency， thereby improving engine fuel economyKeywords: Engineheat recovery utilizationeconomyIII目录摘要IAbstractII第1章绪论31.1课题背景31.1.1课题应用情况31.1.2课题意义41.2冷却循环水热能回收利用的途径41.2.1同级利用41.2.2升级利用41.3冷却循环水低温余热回收利用的技术51.3.1利用朗肯循环低温余热发电51.3.2热泵余热回收利用技术51.3.3热管换热器余热回收利用技术51.3.4变热器余热回收利用技术51.4 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72.1 发动机余热利用概述72.2 发动机余热利用采暖系统82.2.1 作用82.2.2 分类82.3 温差发电系统92.3.1 温差发电的基本理论92.3.2 温差发电的典型系统与实例102.4本章小结11第3章发动机冷却循环水热能回收123.1回收原理123.2对冷却循环水热能回收利用装置的设计133.2.3冷源散热器的设计173.3冷却循环水温差发电装置的整体结构与要求173.3.1整体结构173.3.2装置要求183.4本章小结19结论202第1章绪论1.1课题背景1.1.1课题应用情况 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1-1节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。 1.1.2课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。1.2冷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。1.2.1同级利用 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。1.2.2升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。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。1.3冷却循环水低温余热回收利用的技术1.3.1利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。1.3.2热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。1.3.3热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。1.3.4变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。1.4 本章小结 1.现如今全世界都在倡导可持续发展，然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。 2.发动机的能量转换率还有待提高，大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。第2章发动机余热利用国内外的研究背景与现状2.1 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： (2-1)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QS/Qb的值：汽油机为15-35，柴油机为12-27。为发动机排气带走的热量。一般QT/Qb的值：汽油机为30-50，柴油机为25-45。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2-1发动机的热平衡热平衡方程各项组成汽油机（）柴油机（）转化有效功热量25-3030-40尾气带走热量30-5025-45冷却系统带走热量15-3512-27其他热量损失2-102-10 由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。2.2 发动机余热利用采暖系统2.2.1 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。2.2.2 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2-1所示，通过热水调节阀，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2-1汽车水暖式采暖系统结构示意图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2-2汽车气暖式采暖系统结构示意图2.3 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。2.3.1 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2-3所示。 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 （2-2）单位为V/K但通常由于这个数值非常小，所以更常用的单位是/K。 图2-3 塞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。2.3.2 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2-4所示。 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2-4 典型的温差发电系统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O.77。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。2.4本章小结 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。 30第3章发动机冷却循环水热能回收3.1回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3-1所示，该装置可利用温差直接产生电力。将P型半导体和N型半导体在热端连接，则在冷端可得到一个电压，一个PN连结所能产生的电动势有限，将很多个这样的PN连结串联起来就可得到足够的电压，成为一个温差发电机。图3-1温差发电原理图3.2对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。3.2.1热源集热装置的设计图3-2 冷却循环水集热器 1.冷却循环水管路 2.吸热翅板 3.集热器耳朵如图3-2所示，图中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。3.2.2温差发电模块的设计图3-3 温差发电模块4.温差发电片 5.散热器耳朵 6.散热器主散热片如图所示，图3-3中的方块为温差发电片，它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）。图3-4 温差发电原理图：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3-4所示将N型和P型半导体串联起来形成回路，一端连接热源，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3-5所示 图3-5 (a) 温差发电片内部结构图3-5 (b) 温差发电片3.2.3冷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3-6 散热器4.温差发电片 5.散热器耳朵 6.散热器主散热片 7.散热器副散热片如图3-6所示，散热器为一个整体，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，会带走整个散热器的热量，从而持续给温差发电片的下表面降温。主散热片的边缘设计有耳朵，用于与集热器进行螺栓联接。3.3冷却循环水温差发电装置的整体结构与要求3.3.1整体结构 该装置的设计灵活性强，结构简单，可依据不同车型进行量身设计。如图3-7所示，该装置主要分为三个部分，一是热源回收装置（集热器）；二是温差发电模块，由多个温差发电片通过导线联接而成；三是冷源散热装置（散热器）。集热器和散热器通过螺栓联接，而温差发电模块置于集热器下表面和散热器上表面之间，在螺栓的作用下被加紧。温差发电模块之间的间隙由隔热垫填充，并且温差发电模块相连接的导线镶嵌在隔热垫里边以保护导线。图3-7 温差发电装置整体结构8.螺栓 9.隔热垫汽车正常运行时，发动机的冷却循环水通过循环水管道进入集热器，给温差发电装置提供热源，之后再由另一侧流出回到发动机冷却循环系统。与此同时，空气流对散热片进行冷却，热源和冷源的获得，产生温差效应，这时发电模块产生电压，该电压经升压整流后供用电器使用。3.3.2装置要求1.集热器和散热器的材料要求导热率高，导热速率快，在经受温度变化时的变形率低。2.集热器的下表面和散热器的上表面平面度要求较高，要能与温差发电模块的上下表面完全贴合。3.4本章小结1. 本章对温差发电原理进行了介绍，并且将此原理运用到了发动机冷却循环水热能回收利用当中，利用温差发电原理发动机冷却循环水的热能转换为电能，从而实现对发动机冷却循环水余热的回收利用2. 本章还对发动机冷却循环水热能回收利用的装置进行了结构设计，该设计简单、灵活、方便、实用。可以针对不同的车型进行结构设计，切实能够对发动机冷却循环水的热能进行回收利用。结论 经过这段时间的毕业论文创作，可以说过程非常的不容易。从一开始看到题目的茫然，不知该怎么去做，到后来通过查阅大量资料，以及和老师互相讨论才有了想法和方向。我的题目是发动机冷却循环水热能回收利用，通过查阅资料发现冷却循环水余热回收的方法有很多，但是却都不太适合用于发动机的冷却水热能回收。最后我采用的是温差发电原理来对发动机冷却循环水热能进行回收利用，并且对热能回收装置进行了结构设计。利用温差发电原理来对发动机冷却循环水热能进行回收是最切实可行的办法。该回收装置就是一个温差发电器，利用发动机冷却循环水的热能作为温差发电器的热源，采用风冷散热器作为温差发电器的冷源。再根据塞贝克效应，在热源和冷源之间加入温差发电模块。这样就制成了一个简易的温差发电器。从而达到对发动机冷却循环水热能回收利用的目的。 致谢 首先感谢我的导师孟立新副教授，有你的指导我才能完成这次毕业论文。 大学四年即将结束，在这里我十分感谢
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号