基于Simulink的汽车尾气温差发电装置优化设计★

李炫曈，张明亮，黄豪中

（广西大学机械工程学院，广西 南宁 530000）

引言

能源短缺是当代世界各国面临的战略危机，如何有效使用能源、提高能源的利用率，是急需解决的一个问题。传统汽车尾气温差发电装置只采用热电材料PN结的单独材料设置，未能充分匹配其对应的热电材料适温区间，导致整体的热吸收效率和发电功率并不突出。温差发电技术是通过对多种热电材料的分级组合，使得各材料处于其对应的最合适的工作温度区间，从而获得更高的热电材料优值和温差发电的吸收效率。同时在温差发电装置前部配置以单螺杆膨胀机为做工涡轮的超临界二氧化碳布雷顿循环，以提高整个余热回收装置的发电功率。

1 温差发电和布雷顿循环协调设计

在综合大量汽车尾气温差发电和布雷顿循环相关文献[1-7]，以及团队仿真模拟数据的基础上，确定了最终的以布雷顿循环和温差发电相结合的物理模型，同时收集研究热电材料相关参数和汽车尾气温度梯度变化情况。在一定的尺寸热交器中，布置合适的热电发电器数量，借助Simulink软件构建数学模型，利用已知公式和材料参数推算出废气热交换器的温度梯度中不同材料组合的热电材料ZT值（热电优值），得到最佳的材料组合，从而获得最佳的汽车尾气余热回收整体装置方案。

1.1 提出热电发电系统的假定条件

为了突出主要研究对象，对整个热电发电系统提出以下假定条件：

1）半导体器件内部的热传递方向为热电偶臂长方向，且在电偶臂同一截面上温度相同。……