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應用於汽車上的廢氣能量回收方式有哪些?

2019年06月20日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 3 ℃ 次

【何先生的回答(19票)】:

謝邀

首先要指出的是,發動機廢氣能量利用早就已經是被研究爛了的東西,各大高校,研究機構樂此不疲的研究,但是到如今也沒有什麼像樣的成果出來;其實真不是這東西有多麼的難,而是投入產出比不划算,在汽車上應用的可行性不高。

1、關於廢氣能量大小:

說到廢氣,先讓我們來估計一下廢氣的能量大小,在發動機中,廢氣和冷卻水帶走的能量大概佔到燃料燃燒熱量的60%左右。

在假設尾氣為理想氣體前提下,成分是氧氣,氮氣,二氧化碳,水蒸氣的前提下(其他成分如未燃碳氫化合物,NOx等都是微量的),有如下圖所示:

圖來自文獻:車用氣動式廢氣能量回收系統的研究-楊冬

可見,排氣能量還是很大的,都快要接近發動機輸出功率了。

2、關於廢氣能量品質:

任何能量都由?(exergy)和火無組成,其中?表示能量中可以轉化成有用功的最高份額,在環境下不能轉化成有用功的那部分叫做火無(anergy)。

E=Ex+An

有些能量,如電能,機械能可以全部轉化成熱能,這類能量就是?(exergy),而有些能量如熱能,卻不能完全轉化成電能,機械能,轉化能力受到熱力學第二定律的限制。

反應到發動機上,有些熱能,如冷卻水,能量很大,但是其與環境溫度相差太小,因此屬於低品質能量,可利用價值有限,熱力學上稱為廢熱,或者火無(anergy)。如果非要利用,可能需要一個體積龐大的回收裝置。

那發動機廢氣的?值呢,?值的計算有一個公式,如下:

【此處應該有公式】

..............................................

還是以上面那台柴油機為例,通過上面那個公式計算出排氣可用能(?值。如下表所示,此表還是來自上面那個文獻。

看紅線區域,就是廢氣能量的?值,隨著轉速的升高,?值升高。看紅線區域,就是廢氣能量的?值,隨著轉速的升高,?值升高。

總之,發動機廢氣的溫度越高,壓力和流速越大,?值也越大,廢氣能量利用價值也越高。

但同時,從卡諾循環熱效率的啟示可知,要利用這點能量會給實際設備帶來困難。

回到題主的題目

如果真的要數數

3、廢氣能量回收的方,且聽我胡說八道

(1)廢氣渦輪增壓技術

不多說

(2)溫差發電

內燃機廢氣的能量可否回收用來做功? - 物理學 這裡有

(3)餘熱製冷空調

發動機排氣廢熱作為車用製冷空調驅動熱源是當前車用製冷空調技術主要發展方向,目前發動機餘熱製冷方式主要有 3 種:吸收式、吸附式和噴射式。

與蒸汽壓縮式製冷機相類似,吸收式製冷技術是利用高壓液體製冷劑流經節流閥節流降壓,在低溫低壓下蒸發來制取冷量,利用吸收劑對製冷劑的吸收性能與解吸性能來進行工作。

不多說,有興趣自己搜資料看。

(4)基於朗肯循環廢氣餘熱能量回收

在排氣系統中加裝朗肯循環餘熱回收系統,利用廢氣餘熱驅動朗肯循環,使熱能轉化為高品位的電能或機械能。

朗肯循環利用水汽化和蒸汽凝結時,壓力不變時溫度也不變的特點,從而使循環過程實現定溫加熱和放熱。

基本流程是:先將水的壓力提升到所需水平,然後在換熱器與發動機廢氣換熱,獲得高壓高溫的水蒸氣,此時的水蒸氣已經能膨脹做功了。

這樣不會增加發動機排氣背壓。降低發動機泵氣損失。

參考文獻:基於朗肯循環廢氣餘熱回收技術的研究——王滌非

天津大學做過很多這方面的研究,有興趣進一步瞭解可以去下文章看。

關於本回答廢氣能量品質高低,希望能得到進一步的交流,畢竟我不是熱能專業的。

【知乎用戶的回答(1票)】:

常見的就是渦輪咯,利用廢氣提高進氣效率

【王海的回答(0票)】:

教材上的三種:EGR廢氣再循環,渦輪增壓,暖風

【小張的回答(0票)】:

渦輪:回收動能

F1有一套回收內能的系統

【MickeyMouse的回答(0票)】:

熱電,挺有希望的

【李妮妮的回答(0票)】:

不多說,有興趣自己搜資料看

【盧妞妞的回答(0票)】:

有興趣進一步瞭解可以去下文章看

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