船用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用ppt

1、船用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用,,余熱發(fā)電背景,在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，無法避免對環(huán)境的污染。在當(dāng)今社會，交通工具不論是在生活中還是在生產(chǎn)中，都是必不可少的重要組成，比如輪船。汽車，飛機(jī)等等。在這些交通工具里面，最重要的部件就是發(fā)動(dòng)機(jī)。其應(yīng)用范圍非常廣泛。不論是汽車，輪船還是飛機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)都起著不可代替的作用，隨著交通工具數(shù)量的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量也隨之上升，而由于這樣的原因，熱排放量也每年逐漸提升，慢慢的影響到了人類的生產(chǎn)發(fā)展。我們一方面除了要發(fā)展

2、經(jīng)濟(jì)以外，同時(shí)要注意對環(huán)境的保護(hù)和對資源的回收利用，提高能源的利用率，最大化的減小損失，所以，能源是中國社會更好進(jìn)步的要害。提高能源的利用率，有效的回收利用二次能源是當(dāng)今社會生產(chǎn)和發(fā)展的重要條件。,余熱發(fā)電現(xiàn)狀,目前在微電子發(fā)電機(jī)研究方面，國外微電子發(fā)電機(jī)的理論具有代表性的是普林斯頓大學(xué)，南加州大學(xué)和密歇根大學(xué)。美國的研究成果大多集中在日本的廢熱使用研究的軍事。 我國現(xiàn)階段狀況：熱電是可逆的，熱電發(fā)電和半導(dǎo)體冷卻是熱電現(xiàn)象的兩個(gè)方面，相

3、互可逆。 一般是PN結(jié)，假設(shè)溫差可以用來發(fā)電，若是電源，可以在一端使用冷源。然而溫差發(fā)電, 這幾乎是一個(gè)空白。這是因?yàn)槲覈谲娛赂呖萍佳邪l(fā)能力相對落后?，F(xiàn)階段隨著何種學(xué)術(shù)互補(bǔ)，我國許多學(xué)者對外接觸相干技術(shù)，在以后的發(fā)展中，這種情況一定會逐漸改善。,余熱發(fā)電基礎(chǔ)原理,余熱發(fā)電理論基礎(chǔ),賽貝克效應(yīng)：法國物理學(xué)家T.J.eebeck在1821.利用研究兩種不同的材料構(gòu)成不相同溫度的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，電路就會形成熱電流。,賽貝克效應(yīng)的計(jì)算分析,a,b為

4、不同的兩種材料。當(dāng)兩端的溫度差在⊿T時(shí)，就會產(chǎn)生電動(dòng)勢⊿V，將其定義為電勢率αab=V/T，當(dāng)⊿T趨近于0時(shí)，縮寫為：　　　　αab = dV/Dt 其中 αab為塞貝克系數(shù)。,余熱發(fā)電系統(tǒng)的理論計(jì)算,余熱發(fā)電系統(tǒng)溫度梯度的計(jì)算,余熱發(fā)電系統(tǒng)的理論計(jì)算,余熱發(fā)電系統(tǒng)溫度梯度的計(jì)算,余熱發(fā)電系統(tǒng)溫度梯度的計(jì)算,電臂式熱電發(fā)電機(jī)主要是通過導(dǎo)流銅，電偶臂，電絕緣熱覆蓋板組成。 計(jì)算三種導(dǎo)熱系數(shù)：

5、 K c1 = K c2= K c3 = 容易推得總的熱導(dǎo)率為： Kａ =,,式中：λc 1 －導(dǎo)熱覆蓋基板有效熱導(dǎo)率； λc2 －導(dǎo)流片的有效熱導(dǎo)率；λc3－電偶臂有效熱導(dǎo)率；l c1－導(dǎo)熱覆蓋基板厚度；

6、 l c2－導(dǎo)流片厚度；lc3－電偶臂厚度；A c1－導(dǎo)熱覆蓋基板的面積；A c2－導(dǎo)流片的面積； A c3－電偶臂面積；K c1－導(dǎo)熱覆蓋基板導(dǎo)熱率；K c2－導(dǎo)流層導(dǎo)熱率； K c3－電偶臂導(dǎo)熱率。,氧化鋁陶瓷是導(dǎo)熱覆蓋基板的組成，λc 1（20 W/m.℃～30 W/m.℃）為有效導(dǎo)熱率。當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)逐級增加λc 1 = 5 W/m.℃導(dǎo)熱覆蓋基板厚度?。簂 c1 = 1 mm導(dǎo)熱覆蓋基板的面積?。篈 c1=

7、 100mm*100mm導(dǎo)流片的材料是銅, 有效熱導(dǎo)率λc 2 = 401W/m.℃ （查自《傳熱學(xué)》趙鎮(zhèn)南 高等教育出版社 P492 附錄 3）導(dǎo)流片的厚度?。簂 c2= 1 mm導(dǎo)流片的面積取: A c2= 21mm*1mm電偶臂材料是 Bi2Se3，有效熱導(dǎo)率λc 3 = 140 W/m.℃ 電偶臂厚度取：l c3= 16.4 mm電偶臂面積取: A c3= 3mm*3mm,所以：K c1 = 50 W/℃

8、 K c2 =8.421 W/℃K c3 = 0.077 W/℃K=0.076,計(jì)算結(jié)果,根據(jù)傅立葉效應(yīng) Qk= (Th-Tc) Ka= KT設(shè)：熱端溫度啟始為800℃ 冷端溫度為20℃所以：Qk總= KａT總 = 0.076 W/℃ * 780℃ =10.184 WQk1= K c1T1 = Qk2= K c2T2 = Qk3= K c3T3 = Qk總 = 10.184W所以： △T1 = 0.2

9、 ℃ △T2 =1.2 ℃ △T3 = 132.3 ℃,單個(gè)電偶臂的功率計(jì)算和效率計(jì)算,根據(jù)牛頓的熱力學(xué)規(guī)律，當(dāng)熱電發(fā)電機(jī)兩端的溫度差異時(shí)，熱電發(fā)生器產(chǎn)生熱量。 來自熱源的熱電偶得到的熱量是珀?duì)柼麩?，焦耳熱和熱傳遞的三個(gè)之和：,,η －發(fā)電效率；P －輸出到負(fù)載上的電能；I －回路中產(chǎn)生的電流；Q h －熱端的熱流；Q l －低溫?zé)嵩磸牡蜏囟宋盏臒崃?；R L －負(fù)載電阻；R －電偶臂的內(nèi)阻；αNP

10、 －塞貝克（Seebeck）系數(shù)；K －熱傳導(dǎo)系數(shù)；T1 ′ －熱源溫度；T2 ′－冷源溫度。,電流回路，消除未知量電流I ，則發(fā)電器的輸出功率P 為：,由上述三式可得到熱電發(fā)電器的轉(zhuǎn)換效率為:,內(nèi)阻R計(jì)算公式為:L N －N 型電偶臂臂長；ρN －N 型電偶臂電導(dǎo)率；A N －N 型電偶臂截面積；L P －P 型電偶臂臂長；ρP －P 型電偶臂電導(dǎo)率； P －P 型電偶臂截面積。ρN＝ρP＝5 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出

11、L /A＝0.55mmαNP= －200（μv/℃） R＝0.00275 ΩT1 ′＝800℃－0.2℃－1.2℃＝798.6℃T2 ′＝798.6℃－132.3℃＝666.3℃T1 ′－ T2 ′＝132.3℃ 當(dāng) R L＝R 時(shí)，功率最大,所以：,余熱發(fā)電系統(tǒng)的功率與效率的理論計(jì)算選擇開始水溫為：20 ℃ 水的流量為：q1 ＝ v1*s 末溫為 25℃選擇尾氣溫度為：800℃ 尾氣的流

12、速為：v2＝3 m/s 末溫為100℃水的比熱容C1＝4200 j/kg*℃ 尾氣的密度 ρ1＝1.29kg/水的密度ρ1＝1000kg/ 尾氣的比熱 C2=1003 j/kg*℃ 假設(shè)：忽略熱的損耗，則 Q水＝Q氣 Q= C*M* ＝C*ρ*V* =C*ρ*v*s*t*設(shè)： S水道 ＝ S氣道 t1 ＝ t

13、2 則 C1*ρ1*q1* ?V?＝C2*ρ2*v 2* ?,假設(shè)現(xiàn)在余熱發(fā)電系統(tǒng)有三個(gè)模塊：P= =152.8WQ熱=C·ρ·V·△T=C·ρ·V·S(通氣管道面積)·t·△T選擇尾氣溫度為：

14、800℃ 末溫為100℃尾氣的比熱 C2=1003 j/kg*℃ 尾氣的密度 ρ1＝1.29 kg/m³ ，尾氣的流速為：v2＝3 m/st=S/V1= 0.104 ss（通氣管道截面積）= 0.1·0.1=0.01m² , △T=700℃Q熱=C·ρ·V·△T=C·ρ·V·S·t·△T=2825.8

15、W =,余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比以往一般的研究基礎(chǔ)上，微卷式，熱電堆，薄膜熱電發(fā)電器是電熱發(fā)電器的重要構(gòu)成，下面是對三種結(jié)構(gòu)的講解和分析，再使用功能和優(yōu)、劣相比從而選出所需求的發(fā)生器類型來進(jìn)行研討分析和剖析。,1微型線圈式電加熱器,優(yōu)點(diǎn)：熱電轉(zhuǎn)換器的熱損失較小，熱能利用率較高。缺點(diǎn)：加工過程復(fù)雜，艱難。,2微型熱電發(fā)生器優(yōu)點(diǎn):微處理技術(shù)相對成熟，其尺寸相對較小。缺點(diǎn):一般功

16、率較低。,3.熱電堆式熱電發(fā)電器,選擇理由:PN節(jié)和溫度場的熱電堆并聯(lián)，每對PN結(jié)溫差相同，所以每對PN結(jié)串聯(lián)，發(fā)電功率較大，最終采用熱電堆熱電.,余熱發(fā)電器模塊的設(shè)計(jì)熱電堆型微電熱發(fā)電機(jī)主要包括上，下熱罩，分流芯片，焊料層，PN結(jié)懸臂和輸出線等部件。 微電子發(fā)電機(jī)的輸出功率和效率會被接觸電阻影響，湯姆遜效應(yīng)和溫度波動(dòng)的影響以及熱覆蓋片，導(dǎo)流板和焊料層對熱導(dǎo)率的影響。熱電發(fā)電器模塊的設(shè)計(jì)有水流道、氣流道和熱電發(fā)電偶臂的構(gòu)造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)

17、這個(gè)模塊的形態(tài)要注意熱量的最大利用。。,下面我以簡圖的形式來介紹一下方形熱電發(fā)電器電偶臂的具體組成：,通氣管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通氣管道位于發(fā)電模塊中心，選取銅為導(dǎo)熱介質(zhì)，在管道增加了一井字形的材料為銅的導(dǎo)熱肋板，增加整個(gè)管道的導(dǎo)熱率，優(yōu)化整體的熱利用率。,連接通氣管道位于通氣管道外部，組成為鋁合金（4.5％Cu，1.5%Mg，0.6%Mn）,其安置方法是為底部四邊用75％和95％的鉛錫合金焊接在通氣管道的四邊上。通氣管道的這種隆起設(shè)計(jì)是為

18、了將尾氣分散導(dǎo)入通氣管道，避免尾氣堵塞，也可以將尾氣中的余熱更好的被銅片吸收傳遞給導(dǎo)熱層，提高熱利用率。,通水管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位于通氣管道外面的是兩對尺寸不同但外形一樣的通水管道，其材料為鋁合金（4.5％Cu，1.5%Mg，0.6%Mn），該管道的元件有：2個(gè)管道接頭、三塊鋁合金板（兩塊小的規(guī)格為：182.8*20*2,還有一塊大的規(guī)格為：405.6*104*2）。管道的制造步驟為：管接頭用75％和95％的鉛錫合金焊接在打好孔的小鋁合

19、金板上，焊接時(shí)防止產(chǎn)生空隙，避免漏水的的情況，再將那塊大的鋁合金依照圖紙折好，用75％和95％的鉛錫合金焊接好，下一步整體焊接，再觀察看出現(xiàn)有無漏水現(xiàn)象，及時(shí)修補(bǔ)。,通水管道（2）與上方做法相同，只是規(guī)格不一樣的，總的一點(diǎn)要求就是：焊接完畢后水檢，檢查何處漏水，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，防止后期漏水。,余熱發(fā)電器的設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組主要有熱蓋基板，導(dǎo)流板和電臂三部分。 當(dāng)電臂端部之間的溫差，P，N結(jié)兩種不同的熱電材料會產(chǎn)生Seebeck（Seebeck

20、）效應(yīng)，所以電路中有電流。,PN電動(dòng)臂式熱電發(fā)電機(jī)在通風(fēng)管與水管之間， PN熱電偶熱電發(fā)電機(jī)有電絕緣熱套，引流銅和PN電臂，熱蓋95％的氧化鋁陶瓷， 導(dǎo)電層材料為銅板，焊料層為75％和95％的錫和導(dǎo)電銀塑料和高溫銀漿。 電臂材料為Bi2Se3，熱電發(fā)電機(jī)電臂橫截面尺寸為3mm×3mm，高16.4mm，電臂對對199對。 從以往的理論分析可以看出，熱電材料的選擇賽貝克越高，質(zhì)量越好。,導(dǎo)流層,余熱發(fā)電器模塊的固定框架設(shè)計(jì)考慮到

21、固定框架的最大承受力，同時(shí)要讓內(nèi)部的原件牢牢固定在一起，無法移動(dòng)，所以應(yīng)該選擇硬度較高的材料，這里可以使用不銹鋼。用螺母固定好之后，要注意在一側(cè)留下適宜的空間，方便最后將整個(gè)系統(tǒng)裝置與船體相連。,余熱發(fā)電器模塊和固定框架裝配,熱電材料的選用與電偶臂的制作與一般熱電發(fā)電機(jī)的熱電材料制造工藝一樣，碲化鉍材料和一些添加劑根據(jù)規(guī)定比例的配方，高于920K的溫度熔化，再通過晶棒拉絲，切片，切粒加工，從而得到PN 電偶臂，我們需要的熱電偶粒子