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节能和环保是汽车工业发展的两大主题。有关研究表明,发动机燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用。回收利用这部分能量已经成为了提高内燃机效率重要的方式之一。其中,温差发电(TEG)技术具有可耐高温、无运动部件等优点,是适合柴油机排气余热这种中高温品位余热回收的技术手段;有机朗肯循环(ORC)具有运行稳定、效率高等特点,但是受限于工质的高温分解问题,适合于内燃机余热的回收中低温品位余热回收。柴油机变工况下排气温度较高且变化范围较大,可使用TEG系统预先对高温的排气进行回收,将排气温度降到有机工质适宜工作的范围,为ORC系统回收余热创造有利条件。因此,TEG和ORC的联合循环对柴油机变工况下的余热能进行回收是本文的研究重点。本文基于MATLAB建立了TEG与ORC联合系统的热力学模型,对某型柴油机开展了变工况余热回收的模拟研究。根据柴油机排气余热温度特性,TEG系统材料选择工作温度在300~600摄氏度范围的p型TAGS(碲锑锗银)/n型PbTe材料。ORC系统为带回热系统,可以进一步提升回收效率,系统有机工质为R123,其分解温度为600K。鉴于工况点较多,为使ORC系统在不同排气温度工况点下都可以稳定工作,且蒸发压力过大对系统稳定性有影响,所以选用较低蒸发压力以保证系统安全正常运行,故ORC系统朗肯循环状态为亚临界,工质蒸发压力为2MPa,冷凝温度为308K。分析结果表明,此联合系统基本可在柴油机全工况下运行。柴油机中高负荷时排气温度和流量相对较大,联合回收系统的输出功较高。联合系统在不同工况下的输出功最高可达30.36kW。其中TEG系统输出功为2.24kW,ORC系统输出功为28.12kW。发动机指示热效率最高可以提高5.52%,其指示热效率最高值为47.1%。联合系统在1700-1900r/min转速,70%-90%负荷这一工况范围下性能表现更好,若柴油机常在中高转速大负荷工况下运行,则使用此系统回收余热具有较大的经济价值。本文还设计并制作多模块串联的温差发电装置进行实验研究,探究了温差发电系统不同的冷热端温度下的伏安特性规律以及电流、输出功率关系。实验结果表明,冷端温度293K,热端温度473K时温差发电装置有最大输出功率39.648W。并使用此实验结果对TEG-ORC联合系统中TEG系统的理论模型进行了针对多模块串联后的修正,使其更能真实反映多模块串联后的温差发电系统回收余热的能力。此实验可以为联合系统模型修正优化以及TEG-ORC联合循环的实验研究进行前期的铺垫,有助于今后联合系统实验工作的开展。