چکیده:
به طور متوسط حدود دو سوم از انرژی سوخت مصرفی اتومبیل ها و وسایل نقلیه سنگین به صورت گرما به هدر می رود. این در حالی است که مواد نیم رسانایی هستند که می توانند انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند یا به اصطلاح مواد ترموالکتریک این قابلیت را دارند که گرمای تلف شده در اتومبیل ها را به دام انداخته و مجددا به چرخه مصرف وارد کنند و در نتیجه مصرف سوخت خودروها را به میزان قابل توجهی کاهش دهند، اما راندمان پایین مواد ترموالکتریک موجود و همچنین هزینه های بسیار بالایی که برای استفاده از آنها باید اختصاص داده شود ازجمله محدودیت هایی هستند که کاربرد این گروه از مواد در خودروها و وسایل نقلیه را با مشکل مواجه ساخته اند.
تبدیل مستقیم انرژی گرمایی به الکتریسیته موضوع جدیدی نیست بلکه از سال ۱۸۲۱ محققان به روش هایی برای انجام این کار دست یافته بودند، اما از آنجا که مواد نیم رسانایی که قابلیت تبدیل گرما به انرژی الکتریکی دارند از کارایی مطلوب و مناسبی برخوردار نبوده اند، بنابراین استفاده و کاربرد این مواد تنها به مواردی نظیر کاوش در اعماق فضا محدود بوده است.
پیشرفت های اخیر به دست آمده در حوزه نانوفناوری، جان تازه ای به این روش قدیمی بخشیده است و از این رو بسیاری از خودرو سازان بزرگ جهان نظیر جنرال موتورز (GMC) و بی.ام.و (BMW) در تلاش هستند تا با استفاده از این روش علاوه بر افزایش بازده سوخت مصرفی خودروها بتوانند در آیندهای نهچندان دور مولدهای ترموالکتریکی را جایگزین سیستم های مولد برق متناوب و حتی شاید موتورهای احتراق داخلی خودروهای امروزی سازند و به این ترتیب به نظر می رسد که با آغاز چنین تصمیمی از سوی شرکت های بزرگ و مطرح خودروسازی در سطح دنیا می توان آینده خوبی را برای این گروه از مواد پیش بینی کرد که موجب گسترش کاربرد آنها در زمینه های مختلف خواهد شد.
ما در این پایان نامه قصد داریم به شرح این فن آوری با توجه به یافته ها و پیشرفت های جدید در این زمینه بپردازیم. در فصل اول به آشنایی با مفاهیم اولیه همچنین تاریخچه و علم موجود در مورد این فن آوری پرداخته ایم. در فصل دوم به چگونگی طراحی و پیاده سازی سیستم مبدل ترموالکتریک در قسمت اگزوز خودرو برای تبدیل حرارت این قسمت به برق با توجه به آزمایشات شرکت های خودروسازی بزرگ در سطح دنیا اشاره کردیم.
در این فصل ابتدا به هدف و فرضیه های مورد نظر در آزمایش پرداخته ایم. سپس با در نظر گرفتن فرضیه ها و هدف آزمایش، سیستم ترموالکتریک تبدیل حرارت اگزوز به برق را با توجه به محاسبات عددی طراحی کردیم و نتایج حاصل از این آزمایش را بصورت جدول و نمودارهای گرافیکی نشان داده ایم. در فصل آخر نیز به نتایج حاصله این تکنولوژی در حوزه اقتصادی، بازیابی حرارت اتلاف شده به برق و کاهش مقدار گاز CO2 و مسئله پاکیزگی کره زمین از گازهای آلاینده قرار داده شده است.
آنچه در این پایان نامه خواهید دید:
فصل اول، آشنایی با فن آوری سیستم ژنراتور حرارتی- الکتریسیته در بازیابی حرارت اگزوز خودرو
1-1- مقدمه
1-2- آشنایی با تبدیل انرژی در موتورهای احتراق داخلی
1-2-1- اصول کار موتورهای پیستونی
1-2-2- ترمودینامیک موتور (آزاد شدن گرما در حجم ثابت)
1-3- تاریخچه ی پیدایش تکنولوژی سیستم ترموالکتریک برای بازیابی حرارت اگزوز خودرو
1-4- ترموالکتریک و کاربرد آن
1-4-1- لزوم برداشت انرژی ترموالکتریک
1-4-2- سابقه فناوری
1-4-3- اثرات اقتصادی و صنعتی
1-4-4- تاثیر فناوری نانو بر ترموالکتریک
1-4-5- سطح آمادگی فناوری ترمو الکتریک
1-4-6- اثر اجتماعی بر شهروندان اروپایی
1-4-8 - چالش ها1-4-7- اثرات EHS
1-4-9 - جایگاه رقابتی EU
1-5- مواد ترموالکتریک نقش نانو تکنولوژی بر این مواد
1-6- کاربرد الکتریسیته بدست آمده از حرارت اگزوز اتومبیل
1-7- پیشرفت های جدید در زمینه سیستم ترموالکتریک در تبدیل حرارت اگزوز به الکتریسیته
1-7-1- شارژ باتری خودروها با تبدیل گرما به برق
1-7-2- تولید مدل جدید شورولت با بکار گیری فناوری ترموالکتریک
1-7-3 - استفاده از الکترون ها در سیستم ترموالکتریک ها جهت عملیات تولید برق
فصل دوم، طراحی و پیادهسازی سیستم مبدل ترموالکتریک برای تبدیل حرارت اگزوز خودرو به برق
2-1- مقدمه
2-2- سیستم مبدل ترموالکتریک قسمت اگزوز خودرو برای تبدیل حرارت به الکتریسیته
2-2-1- اصول فرآیند عملیات در مبدل ترموالکتریک خودرو
2-2-2- راندمان مبدل ترموالکتریک خودرو
2-2-3- مزایای استفاده از مبدل ترموالکتریک خودرو
2-2-4- معایب و مشکلات استفاده از مبدل ترموالکتریک خودرو
2-3- طراحی و آزمایش یک سیستم تولید برق از گرمای اگزوز ماشین و سیستم بازیابی با استفاده از ژنراتورهای ترموالکتریک و لوله های حرارت
2-3-1- فرضیه و هدف آزمایش
2-3-2- ژنراتور ترموالکتریک استفاده شده در آزمایش
2-3-3- لوله حرارتی استفاده شده در آزمایش
2-3-3-1- ساختار کلی و عملکرد یک لوله حرارتی
2-3-3-2- مزایای لوله حرارتی
2-3-3-3- گستره کاری لولههای حرارتی
2-3-3-4- ساختار کلی و نحوه عملکرد لوله حرارتی
2-3-3-5- علت استفاده از نوع لوله های حرارتی مورد نظر در آزمایش
2-3-4- سیستم تولید مورد آزمایش
2-3-5- شبیه سازی سیستم مورد آزمایش
2-3-6- نتایج بدست آمده از آزمایش و شبیه سازی
فصل سوم، نتیجه گیری و پیشنهادات
2-1- نتیجه گیری
2-2- پیشنهادات
منابع و ماخذ
پایان نامه مکانیک - سیستم تبدیل حرارت اگزوز خودرو به برق