船用发动机废气余热回收设计【优秀课程毕业设计含SW三维8张CAD图纸+带开题报告+文献综述+答辩ppt+外文翻译】

船用发动机废气余热回收设计【优秀课程毕业设计含SW三维8张CAD图纸+带开题报告+文献综述+答辩ppt+外文翻译】船用发动机废气余热回收设计中文摘要在当今社会上，废气余热已经成为了一种对环境污染和资源浪费的现象，本文主要设计了船用发动机废气余热回收的装置，也就是余热发电系统的模型。文章主要介绍了余热发电系统模型的设计方案，主要原理是，在两个发电元件之间通过温度差，将热能转化为电能。主要构成由有冷源和热源，微型发电机组成。其特点是，使用便利，质量高，对环境无害，同时又节约了能源。文章建立的余热发电机系统模型的理论基础是建立在赛贝克效应之上。关键词：余热利用, 余热发电模型, 赛贝克效应AbstractIn today's society, waste heat has become a phenomenon of environmental pollution and waste of resources. In this paper, a model of waste heat recovery of marine exhaust gas is designed, which is the model of waste heat power generation system.This paper mainly introduces the design scheme of the model of waste heat power generation system. The main principle is that the difference between the two power generation units is the conversion of thermal energy into electric energy through the temperature difference. The main component is a cold source and a heat source, and a micro generator is composed of a generator. The utility model is characterized in that the utility model has the advantages of convenient use, high quality, no harm to the environment and energy saving.The theoretical basis of the model of the waste heat generator system is based on the Thomsen effect.Key word: waste heat utilization, waste heat power generation model, Thomsen effect目  录中文摘要IAbstractII目  录I第一章绪   论11.1课题研究的背景11.2  课题研究的意义21.3 国内外余热发电的研究现状2第2章 余热发电系统的原理与理论设计32.1余热发电原理32.1.1 余热发电器的原理32.1.2 塞贝克效应32.1.3 帕尔帖效应42.1.4 汤姆逊效应42.2 余热发电器的理论模型52.3余热发电系统的理论计算62.3.1 余热发电系统温度梯度的计算62.3.2 单个电偶臂的功率计算和效率计算72.3.3 余热发电系统的功率与效率的理论计算9第3章  余热发电系统的设计113.1热电发生器结构分析113.2余热发电研究方案113.2.1美国普林斯顿大学研究的方案113.2.2德国斯图加特大学研究的方案133.2.3热电堆式热电发电器133.3余热发电器模块的设计153.4通气管道的结构设计163.5通水管道的结构设计173.6余热发电器的设计193.7余热发电器的结构制作233.7.1陶瓷基板的选用与制作233.7.2热电材料的选用与电偶臂的制作233.7.3 发电器的装配与封装253.8余热发电器的工艺设计253.9余热发电器模块的固定框架设计273.10 余热发电器模块和固定框架装配293.11 余热发电器模块之间的连接部件29第4章    总  结31参考文献32附录34致谢35【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】3D.stpSW三维图固定框架结构零件图.dwg外文翻译.doc导流层.dwg文件清单.txt电偶臂.dwg电绝缘导热覆盖基板.dwg船用发动机余热回收利用PPT.pptx船用发动机废气余热回收设计开题报告.doc船用发动机废气余热回收设计文献综述.doc船用发动机废气余热回收设计说明书.wps装配图.dwg通气盖板.dwg通气装置.dwg通水装置.dwg通水装置副本.dwg 本科生毕业设计 (论文 ) 外 文 翻 译 原 文 标 题 of 文 标 题 船用发动机尾气余热回收装置设计 作者所在系别 机电工程学院 作者所在专业 车辆工程 作者所在班级 者 姓 名 刘强 作 者 学 号 201322399 指导教师姓名 焦运景 指导教师职称 副高 完 成 时 间 2017 年 3 月 5 日 北华航天工业学 院教务处制 共 21 页 第 1 页 译文标题 船用发动机尾气余热回收装置设计 原文标题 of 者 名 埃尔祖鲁姆 国 籍 土耳其 原文出处 文：船用发动机尾气余热回收装置设计 在当今社会上，废气余热已经成为了一种对环境污染和资源浪费的现象，本文主要设计了船用发动机废气余热回收的 装置，也就是余热发电系统的模型。 文章主要介绍了余热发电系统模型的设计方案，主要原理是，在两个发电元件之间通过温度差，将热能转化为电能。主要构成由有冷源和热源，微型发电机组成。其特点是，使用便利，质量高，对环境无害，同时又节约了能源。 文章建立的余热发电机系统模型的理论基础是建立在汤姆森效应之上。 关键词：余热利用 , 余热发电模型 , 汤姆森效应 一 、 余热发电理论 目前在微电子发电机研究方面，国外微电子发电机的理论具有代表性的是普林斯顿大学，南加州大学和密歇根大学。美国的研究成果大多集中在日本的废热使用研究的 军事，航空航天，实践和高科技方面，已经应用了热电发电机组。 我国现阶段状况：热电是可逆的，热电发电和半导体冷却是热电现象的两个方面，相互可逆。 一般是 ，假设温差可以用来发电，若是电源，可以在一端使用冷。半导体制冷和使用具有一定的程度，已经有商业设施和发售，然而温差发电 , 这几乎是一个空白。这是因为我国在军事高科技研发能力相对落后。现阶段随着何种学术互补，我国许多学者对外接触相干技术，在以后的发展中，这种情况一定会逐渐改善。 余热发电的前提是利用余热发生器，他是将热电材料产生的热电效应转化为电 流。包括塞贝克效应，珀耳帖效应和汤姆森效应。这三个因素与开尔文关系：有关，如图所示： 共 21 页 第 2 页 该装置的结构与传统的跨平面型微电子冷却装置的结构相同。交叉平面微电子冷却装置的原理与传统的热电冷却装置的原理非常相似，除了基板和热电偶臂本体成为薄膜材料之外，由于在这种冰箱构造中，热流的导向和基板其表面是如此垂直所谓的。双层基板是连接到冷端和发电机的热端的热电偶。其原理是：根据塞贝克效应，当发电机的冷热端温度差时，电路会产生电流。他使用厚膜 时 保持热电臂的横截面积和长度比相同的条件，减少热电吊臂，增加每单位体积密度的热功率。同时，微电子发电装置连接数万个热电偶，在低温差下获得电压高电压，这种微电热发电装置的另一个特点是其制造工艺结合了电化学沉积和集成电路蚀刻工艺。测试装置由 2300 个热电偶组成，热电臂的长度为50 m，直径为 6 m。 在 温差下，可以在 电压下提供 22功率。 试验表明，上述所用可用于 供微功率。 目前， 在研发使用 P 型和 N 型 米线替代厚膜合金，便用相似的措施完成更小尺寸的半 共 21 页 第 3 页 导体电偶 臂。 当然发电器的构造还有很多，然而就目前的选取的几种上述结果证明，微卷热电转换器的热损失较小，热能利用率较高，但微加工愈加艰巨。同时，因为热电材料在温度梯度方向上为串联，所以热电材料的温度差不是很大，所以发电量也很小。薄膜热电发电程序从来说微处理技术相对成熟，其尺寸相对较小。但是由一般低功率产生的功率，仅有微瓦热电堆 相对于温度场是一个并联结构，每对 具备一样的温差，所以每对 串联，功率较大，另外，热源腔最好设计得相对大一点，这样燃料燃烧，温度掌控等比较容易，然而热损失比微型线圈发电机要大。在 这里用热电堆式热电发生器作为热电电源的重要部件来设计。 共 21 页 第 4 页 二 、 余热发电模块设计 热电堆型微电热发电机主要包括上，下热罩，分流芯片，焊料层， 悬臂和输出线等部件。 微电子发电机的输出功率和效率会被接触电阻影响，汤姆逊效应和温度波动的影响以及热覆盖片，导流板和焊料层对热导率的影响。 热电发电器模块的设计有水流道、气流道和热电发电偶臂的构造设计。设计这个模块的形态要注意热量的最大利用。 余热发电器模块设计通常有，微卷式 电堆和薄膜热发电，在这三者之间进行比较发现，微卷式虽然热量损失小， 但是加工很复杂，没有条件不便使用。薄膜热发电的处理技术相对不成熟，而且功率很低，不宜进行试验。 和温度场的热电堆并联，每对 温差相同，所以每对 串联，发电功率较大，最终采用热电堆热电，发电机作为火力发电的部件来设计。为达到最大热量的利用，所以我想到了“双管形热电发电器”和“方形热电发电器”，双管形热电发电器的热量利用率比方形热电发电器要高，但其应用中制作方面要求较高而且维修不方便，方形热电发电器不但具有较高的热利用率，并且后期用于制造方便，维修简单所以最后采用方形热电发电器。 下面我以简图的形 式来介绍一下方形热电发电器电偶臂的具体组成： 共 21 页 第 5 页 三 、 余热发电器设计 发电机组主要有热盖基板，导流板和电臂三部分。 当电臂端部之间的温差， P，N 结两种不同的热电材料会产生 应，所以电路中有电流。 动臂式热电发电机在通风管与水管之间， 电偶热电发电机有电绝缘热套，引流铜和 臂，热盖 95的氧化铝陶瓷， 导电层材料为铜板，焊料层为75和 95的锡和导电银塑料和高温银浆。 电臂材料为 电发电机电臂横截面尺寸为 33 臂对对 199 对。 从以往的理论分析可以看出，热电材料的选择赛贝克越高，质量越好。 四 、余热发电器的工艺设计 热电发电机电臂横截面尺寸大多为 1上，粒径较大，热电材料切割比较容易。 臂放在阵列的专用的模具中，用手动方法，总的加工相对容易。流程图如图 3 21。 现具体阐述如下： 在用导向层处理陶瓷基板之后，接下来是生产电臂。 因为电动臂的尺寸小，材料脆性好，所以这里是一个硅模工艺，也就是先制成一个正方形的正方形的硅模阵列，再放入熔融的热电材料中，并将发电机覆盖的基板，再去 除原有的硅模，留下热电电偶臂。 共 21 页 第 6 页 详细的硅模工艺如下：按照热电发生器的设计，制造光刻胶曝光用掩模膜。使用厚度为 抛光硅晶片，尺寸为 8.“荡涤硅晶片，用氢氟酸缓冲液作为蚀刻溶液除去二氧化硅的外表，并在涂层上放置一层光机器光致抗蚀剂的厚度约为50 微米。曝光显影后，光致抗蚀剂在硅晶片的表面上形成方孔阵列，再经过深度光刻，硅晶片形成方孔阵列，形成方孔阵列不是一个通孔，而是一个方形凹槽阵列。然后去除硅片上的光刻胶。两片晶片，涂在光致抗蚀剂的另一面，重复曝光显影，光刻，清洗等。方槽的另一面在方槽 两侧形成的阵列排列成一列。这时要求在高温炉中需要硅模，将 P 型和 N 型半导体悬臂材料放在石英容器 r 用于高温加热和加热直到熔融温度为约 650。然后，将 P 型热电材料注入硅模侧面上的方形槽中，并且在硅模具冷却之后，固化了硅模，将硅模翻转，将 N 型热电材料注入到模具的另一侧。再通过行硅模冷却，热电材料固化。结束时在硅片两面研磨直到露出热电偶，并按照需求的热电偶高度，确定研磨和研磨的量经过模具的厚度电臂和焊接层的接合，发电机切割封装，要求得到热电发生器。 用图形来体现。整个工艺有涂胶、曝光显影、光刻、铸模以及键合封装 等工艺，主要应用了硅模和电偶臂的制造工艺。 图 3 共 21 页 第 7 页 五 、 总结 船舶机舱是一个大的分布式能源系统 ,作为船舶动力核心的主机 ,是整个能源系统合理分布与有效利用的关键。主机排气余热所占比例极大 ,而且这部分余热的品质较高 ,是船上余热利用的主要来源。文中紧接着对该船排气余热的利用进行了分析 ,得出了排气余热的热平衡图 ,并通过对余热使用条件的分析 ,说明了低品质余热的大量利用还存在许多困难 ,未来 能使用这部分余热的新型设备将会极大地提高船舶柴油机的热经济性。 共 21 页 第 8 页 原文 ： n s a of of of is is by of a a a It is by of to of is on t in of is of in on of s of of s is is of N be to if at a is a is in & D is At of of in is of of he is of 共 21 页 第 9 页 as in of is as of of is to of In to a is of is so is a to of to He of At of of in is of 300 a 0 m a m. In to 2mw of 共 21 页 第 10 页 be At is of to of Of of of of is At in of in so is so is is by N to is a N so N in is in t is to a so to is as an of 2. PN of by of of on of is of of to of of is by is is is no to 共 21 页 第 11 页 is is be PN of in N is so N in of as a to In to of to be is a so of am in of a to of 3. he of P, N so 共 21 页 第 12 页 PN PN N 5% he 5% 5% 3of of of be of 共 21 页 第 13 页 4. of or PN in of is is Is as is is of is is so is a of a is as to is a a .3 mm .5 mm a . a as an to of a of on he of is 0 is a on of a is a a on on of of he to be in r is 50 C. a is in , is on of is is is is of he is at of on of in of to of of of to of 共 21 页 第 14 页 of 共 21 页 第 15 页 5. is a as of is a of a of of of is of on In of of is of is on of of it is in of of of of 共 21 页 第 1 页 指 导 教 师 评 语 外文翻译成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注： 1. 指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面：翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题 共 21 页 第 2 页 是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业 设计（论文）的参考文献；翻译的外文文献字数是否达到规定数量（ 3 000 字以上）；译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。 2. 外文原文应以附件的方式置于译文之后。 船用发动机余热回收利用 在社会经济发展的同时，无法避免对环境的污染。在当今社会，交通工具不论是在生活中还是在生产中，都是必不可少的重要组成，比如轮船。汽车，飞机等等。在这些交通工具里面，最重要的部件就是发动机。其应用范围非常广泛。不论是汽车，轮船还是飞机，发动机都起着不可代替的作用，随着交通工具数量的增加，发动机的数量也随之上升，而由于这样的原因，热排放量也每年逐渐提升，慢慢的影响到了人类的生产发展。我们一方面除了要发展经济以外，同时要注意对环境的保护和对资源的回收利用，提高能源的利用率，最大化的减小损失，所以，能源是中国社会更好进步的要害。提高能源的利用率，有效的回收利用二次能源是当今社会生产和发展的重要条件。 余热发电现状 目前在微电子发电机研究方面，国外微电子发电机的理论具有代表性的是普林斯顿大学，南加州大学和密歇根大学。美国的研究成果大多集中在日本的废热使用研究的军事。 我国现阶段状况：热电是可逆的，热电发电和半导体冷却是热电现象的两个方面，相互可逆。 一般是 设温差可以用来发电，若是电源，可以在一端使用冷源。然而温差发电 , 这几乎是一个空白。这是因为我国在军事高科技研发能力相对落后。现阶段随着何种学术互补，我国许多学者对外接触相干技术，在以后的发展中，这种情况一定会逐渐改善。 余热发电基础原理 赛贝克效应：法国物理学家 路就会形成热电流。 赛贝克效应的计算分析 余热发电系统的理论计算 余热发电系统温度梯度的计算 余热发电系统的理论计算 余热发电系统温度梯度的计算 余热发电系统温度梯度的计算 电臂式热电发电机主要是通过导流铜，电偶臂，电绝缘热覆盖板组成。 计算三种导热系数： K K K 容易推得总的热导率为： = 式中： c 1 导热覆盖基板有效热导率； 导流片的有效热导率； 偶臂有效热导率； l 热覆盖基板厚度； l 流片厚度； 偶臂厚度； A 热覆盖基板的面积； A 流片的面积； A 偶臂面积； K 热覆盖基板导热率； K 流层导热率； K 偶臂导热率。 氧化铝陶瓷是导热覆盖基板的组成， c 1（ 20 W/m. 30 W/m. ）为有效导热率。当导热系数逐级增加 c 1 = 5 W/m. 导热覆盖基板厚度取： l 1 热覆盖基板的面积取： A 10000流片的材料是铜 , 有效热导率 c 2 = 401W/m. （查自传热学赵镇南 高等教育出版社 附录 3） 导流片的厚度取： l 1 流片的面积取 : A 21偶臂材料是 效热导率 c 3 = 140 W/m. 电偶臂厚度取： l 16.4 偶臂面积取 : A 3以： K 50 W/ K K K=单个电偶臂的功率计算和效率计算 根据牛顿的热力学规律，当热电发电机两端的温度差异时，热电发生器产生热量。 来自热源的热电偶得到的热量是珀尔帖热，焦耳热和热传递的三个之和： 发电效率； P 输出到负载上的电能； I 回路中产生的电流； Q h 热端的热流； Q l 低温热源从低温端吸收的热流； R L 负载电阻； R 电偶臂的内阻； 塞贝克（ 数； K 热传导系数； 热源温度； 冷源温度。 电流回路，消除未知量电流 I ，则发电器的输出功率 P 为： 由上述三式可得到热电发电器的转换效率为 : L N N 型电偶臂臂长； N N 型电偶臂电导率； A N N 型电偶臂截面积； L P P 型电偶臂臂长； P P 型电偶臂电导率； P P 型电偶臂截面积。 N P 5 根据实验得出 L /A 200（ v/ ） R 800 当 R L R 时，功率最大 所以： 选择开始水温为： 20 水的流量为： v1*s 末温为 25 选择尾气温度为： 800 尾气的流速为： 3 m/s 末温为 100 水的比热容 4200 j/ 尾气的密度 1 水的密度 1 1000 尾气的比热 003 j/ 假设：忽略热的损耗，则 Q= C*M* C*V* =C*v*s*t* 设： 则 1* V 2*v 2* 假设现在余热发电系统有三个模块： P= = CV T=CVS(通气管道面积 )t T 选择尾气温度为： 800 末温为 100 尾气的比热 003 j/ 尾气的密度 1 kg/m ， 尾气的流速为：3 m/s t=S/s s（通气管道截面积） = , T=700 CV T=CVSt T= = 相比以往一般的研究基础上，微卷式，热电堆，薄膜热电发电器是电热发电器的重要构成，下面是对三种结构的讲解和分析，再使用功能和优、劣相比从而选出所需求的发生器类型来进行研讨分析和剖析。 优点：热电转换器的热损失较小，热能利用率较高。 缺点：加工过程复杂，艰难。 优点 :微处理技术相对成熟，其尺寸相对较小。 缺点 :一般 功率较低。 选择理由 :对 以每对 电功率较大，最终采用热电堆热电 . 热电堆型微电热发电机主要包括上，下热罩，分流芯片，焊料层， 微电子发电机的输出功率和效率会被接触电阻影响，汤姆逊效应和温度波动的影响以及热覆盖片，导流板和焊料层对热导率的影响。 热电发电器模块的设计有水流道、气流道和热电发电偶臂的构造设计。设计这个模块的形态要注意热量的最大利用。 。 下面我以简图的形式来介绍一下方形热电发电器电偶臂的具体组成： 通气管道的结构设计 通气管道位于发电模块中心，选取铜为导热介质，在管道增加了一井字形的材料为铜的导热肋板，增加整个管道的导热率，优化整体的热利用率。 连接通气管道位于通气管道外部，组成为铝合金（ g， n） ,其安置方法是为底部四边用 75和 95的铅锡合金焊接在通气管道的四边上。通气管道的这种隆起设计是为了将尾气分散导入通气管道，避免尾气堵塞，也可以将尾气中的余热更好的被铜片吸收传递给导热层，提高热利用率 。 位于通气管道外面的是两对尺寸不同但外形一样的通水管道，其材料为铝合金（ g， n），该管道的元件有：2个管道接头、三块铝合金板（两块小的规格为： 0*2,还有一块大的规格为： 04*2）。 管道的制造步骤为：管接头用 75和 95的铅锡合金焊接在打好孔的小铝合金板上，焊接时防止产生空隙，避免漏水的的情况，再将那块大的铝合金依照图纸折好，用 75和 95的铅锡合金焊接好，下一步整体焊接，再观察看出现有无漏水现象，及时修补。 通水管道（ 2）与上方做法相同，只是规格不一样的，总的一点要求就是：焊接完毕后水检，检查何处漏水，及时进行修补，防止后期漏水。 余热发电器的设计 发电机组主要有热盖基板，导流板和电臂三部分。 当电臂端部之间的温差，P， 应，所以电路中有电流。 流铜和 盖 95的氧化铝陶瓷， 导电层材料为铜板，焊料层为 75和 95的锡和导电银塑料和高温银浆。 电臂材料为 电发电机电臂横截面尺寸为 33 臂对对 199对。 从以往的理论分析可以看出，热电材料的选择赛贝克越高，质量越好。 导流层 考虑到固定框架的最大承受力，同时要让内部的原件牢牢固定在一起，无法移动，所以应该选择硬度较高的材料，这里可以使用不锈钢。用螺母固定好之后，要注意在一侧留下适宜的空间，方便最后将整个系统装置与船体相连。 余热发电器模块和固定框架装配 与一般热电发电机的热电材料制造工艺一样，碲化铋材料和一些添加剂根据规定比例的配方，高于 920通过晶棒拉丝，切片，切粒加工，从而得到 偶臂，我们需要的热电偶粒子 使用特殊定制的模具，如下图，型电臂颗粒布置在模具槽的正方形中 。 开题报告 学生姓名 专 业 班 级 指导教师姓名 职 称 工作单位 课题来源 教师自拟课题 课题性质 理论研究 课题名称 船用发动机尾气余热回收装置设计 本设计的科学依据 （科学意义 和 应 用 前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 一、本设计的科学意义和应用前景 自 1973 年世界发生石油危机以来，加上环境污染的加剧，节能问题日益引起了人们的重视。如何提高能源的利用率，减少船舶柴油机废气的排放，保护人类赖以生存的环境是许多人致力研究的课题。就燃料大户船舶而言，目前柴油机余热 的利用主要是利用废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率，同时利用废气锅炉产生 右的饱和水蒸汽来满足船员的日常生活用水及油舱的加热保温等，却忽略了柴油机冷却水带走了大量热量这一事实。这使得废热的利用不仅不充分，而且不合理。在船舶朝着大型化、高速化发展的今天，柴油机的额定功率最大的已超过 37285减少耗油，柴油机冷却水的出口温度也从 20 世纪 60 年代的 60 提高到现在的80，有些高速机高达 90C 以上。船舶安装废气余热利用系统的设计提供正确 的方法和必要的参考。有系统不见的热力设计可得到系统各部件的结构，所示与效率。对船舶废气余热利用系统进行优化分析。冷却水出口温度的增加使冷却水热能的品质有了很大的提高，也为冷却水余热的利用创造了更好的条件。因此柴油机余热的利用，无论从经济上或环保方面都具有重大价值。本文将着重探讨如何优化利用柴油机排气余热。 二、本设计的国内外研究概况 余热回收系统应用在船舶行业可以追溯较长的历史和拥有广泛的应用范围，在众多种的船舶上都装有废气锅炉系统，利用废气的能量转化获得船用蒸汽。与此同时，大功率低转速的船用柴油机 尾气排放较大，随着废气涡轮增压器研究技术的改进，在尾气进出口进入废气涡轮增压器前进行分流，一定流量的尾气提供给涡轮，尾气在动力涡轮中膨胀再将热能转化为机械能和的电能。这在技术上是可行的。 设计内容和预期成果 （具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和 提 供 的 形式） 一 、设计内容 （ 1） 查阅相关文献，搜集船用发动机尾气余热回收装置设计。 （ 2） 简述其工作原理性质 二 、重点解决的技术问题 （ 1） 如何最大限度利用余热，以提高船舶运行的经济性对外形装置进行设计 三 、预期成果 （ 1） 完成对船用发动机尾气余热回收 装置的设计 （ 2） 绘制完成总装配图、零件图 （ 3） 完成毕业设计报告 拟采取设计方法和技术支持 （设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等） 先对船用发动机余热装置主体部分进行测绘，并利用 件进行三维图的绘制，并完成装配。再查阅相关资料余热装置进行设计，使其在对应的工作原理下进行工作。 实现本项目预期目标和已具备的条件 （包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及 协 作 条 件等） 一 、本项目的预期目标 完成总装配图及零件图，并且内部设计合理，能 完成基本废气回收。 二 、已经具备的条件 （ 1） 已经能熟练运用 制图软件； （ 2） 本设计需要一定的机械设计功底及其一定机械设计方面的资料，这些可以从图书馆及老师处借阅，可以充分利用系里的 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位 ) 第 1 熟悉课题，查阅相关文献，撰写文献综述； 第 4 绘制零件图及总装配图； 第 9 设计内部齿轮传动装置； 第 11 整理思路，并撰写毕业论文，答辩。 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 地点 主持人 参 会 教 师 姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称） 论 证 情 况 摘 要 记录人： 指 导 教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日 文 献 综 述 摘要 船舶就像是漂浮在海洋上面的城市。随着科学和技术的发展，为了节省能源和更有效的利用船舶废气，所以我们要进行船舶废气利用的研究。对船舶废气利用研究的同时也促使了各种设备的推陈出新。超大型船舶主机功率庞大，废气排放热量可观。借助废气余热利用系统，可将部分废气余热利用，达到节能的目的。船舶安装废气余热利用系统可提高燃油利用率。对于不同的船舶，需从工作可靠性与经济性综合考虑，选取合适的废气余热利用系统。通过系统静态特性的模拟分析，可合理预测和效验系统的实际工作情况，为船舶废气余热利用系统的 设计提供正确的方法和必要的参考。由系统的热力平衡，可求出系统的热力学参数，由柴油机部件的热力计算可得到各部件的结构损失与效率损失。对船舶废气余热利用系统进行优化分析，不仅可以为废气余热利用系统提供最优的工作参数，同时也可以使柴油机达到最佳的工作状态。 关键词： 废气余热；冷却水余热；余热利用 is a in of to on of of is is is a of of to of in of of in of be By of To By of of of of to 一、本设计的科学意义及目的 自 1973 年世界发生石油危机以来，加上环境污染的加剧，节能问题日益引起了人们的重视。如何提高能源的利用率，减少船舶柴油机废气的排放，保护人类赖以生存的 环境是许多人致力研究的课题。就燃料大户船舶而言，目前柴油机余热的利用主要是利用废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率，同时利用废气锅炉产生 右的饱和水蒸汽来满足船员的日常生活用水及油舱的加热保温等，却忽略了柴油机冷却水带走了大量热量这一事实。这使得废热的利用不仅不充分，而且不合理。在船舶朝着大型化、高速化发展的今天，柴油机的额定功率最大的已超过 37285减少耗油，柴油机冷却水的出口温度也从 20 世纪60 年代的 60 提高到现在的 80，有些 高速机高达 90C 以上。船舶安装废气余热利用系统的设计提供正确的方法和必要的参考。有系统不见的热力设计可得到系统各部件的结构，所示与效率。对船舶废气余热利用系统进行优化分析。冷却水出口温度的增加使冷却水热能的品质有了很大的提高，也为冷却水余热的利用创造了更好的条件。因此柴油机余热的利用，无论从经济上或环保方面都具有重大价值。本文将着重探讨如何优化利用柴油机排气余热。 二 、本文主要解决的问题 如何更好的合理利用资源，提高船舶运行的经济性； 如何最大限度利用余热，以提高船舶运行的经济性。 三 、船用发动机尾气余热回收装置国内外研究状况 余热回收系统应用在船舶行业可以追溯较长的历史和拥有广泛的应用范围，在众多种的船舶上都装有废气锅炉系统，利用废气的能量转化获得船用蒸汽。与此同时，大功率低转速的船用柴油机尾气排放较大，随着废气涡轮增压器研究技术的改进，在尾气进出口进入废气涡轮增压器前进行分流，一定流量的尾气提供给涡轮，尾气在动力涡轮中膨胀再将热能转化为机械能和的电能。这在技术上是可行的。 四 总结 （一） 船用发动机尾气余热回收装置发展对我国农牧业发展具有重大作 作用。 （二） 本文对国内外船用发动机尾气余热回收装置的现状及发展做了概述，明确了要考虑成本、实用性、使用寿命等方面去完成设计。 参考文献 1吴恒，船舶动力装置技术管理 M，大连海事大学出版社 ,2孙培廷，船舶柴油机 M，大连海事大学出版社 ,3詹宗勉，工程热力学和传热学 M，大连海事大学出版社， 1995. 4李国纲，管理系统工程 M，中国人民出版社 ,1992. 5王建斌，轮机英语 M，大连海事大学出版社 ,6满一新，轮机维护与修理 M，大连海事大学出版社 ,7李 斌，孙培廷，柴油机余热加热压载水的可行性研究 J ，大连海事大学学报， 2001， 27（ 2）： 508杜荣铭，船舶柴油机 M，大连海事大学出版社 ,9（日）高田秋一， 大型热泵与排热回收 M，东京：烃加工出版社， 1986. 10 左春宽 ， 现代轮机管理技术与经济性研究 M，大连海事大学， 11（美） 热回收 手册 J，中南工业大学出版社，12， 2000. 毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述 指导教师意见 指导教师： 年 月 日 专业教研室审查意见 负责人： 年 月 日 本科生毕业设计 (论文 ) 外 文 翻 译 原 文 标 题 of 文 标 题 船用发动机尾气余热回收装置设计 作者所在系别 机电工程学院 作者所在专业 车辆工程 作者所在班级 者 姓 名 刘强 作 者 学 号 201322399 指导教师姓名 焦运景 指导教师职称 副高 完 成 时 间 2017 年 3 月 5 日 北华航天工业学 院教务处制 共 21 页 第 1 页 译文标题 船用发动机尾气余热回收装置设计 原文标题 of 者 名 埃尔祖鲁姆 国 籍 土耳其 原文出处 文：船用发动机尾气余热回收装置设计 在当今社会上，废气余热已经成为了一种对环境污染和资源浪费的现象，本文主要设计了船用发动机废气余热回收的 装置，也就是余热发电系统的模型。 文章主要介绍了余热发电系统模型的设计方案，主要原理是，在两个发电元件之间通过温度差，将热能转化为电能。主要构成由有冷源和热源，微型发电机组成。其特点是，使用便利，质量高，对环境无害，同时又节约了能源。 文章建立的余热发电机系统模型的理论基础是建立在汤姆森效应之上。 关键词：余热利用 , 余热发电模型 , 汤姆森效应 一 、 余热发电理论 目前在微电子发电机研究方面，国外微电子发电机的理论具有代表性的是普林斯顿大学，南加州大学和密歇根大学。美国的研究成果大多集中在日本的废热使用研究的 军事，航空航天，实践和高科技方面，已经应用了热电发电机组。 我国现阶段状况：热电是可逆的，热电发电和半导体冷却是热电现象的两个方面，相互可逆。 一般是 ，假设温差可以用来发电，若是电源，可以在一端使用冷。半导体制冷和使用具有一定的程度，已经有商业设施和发售，然而温差发电 , 这几乎是一个空白。这是因为我国在军事高科技研发能力相对落后。现阶段随着何种学术互补，我国许多学者对外接触相干技术，在以后的发展中，这种情况一定会逐渐改善。 余热发电的前提是利用余热发生器，他是将热电材料产生的热电效应转化为电 流。包括塞贝克效应，珀耳帖效应和汤姆森效应。这三个因素与开尔文关系：有关，如图所示： 共 21 页 第 2 页 该装置的结构与传统的跨平面型微电子冷却装置的结构相同。交叉平面微电子冷却装置的原理与传统的热电冷却装置的原理非常相似，除了基板和热电偶臂本体成为薄膜材料之外，由于在这种冰箱构造中，热流的导向和基板其表面是如此垂直所谓的。双层基板是连接到冷端和发电机的热端的热电偶。其原理是：根据塞贝克效应，当发电机的冷热端温度差时，电路会产生电流。他使用厚膜 时 保持热电臂的横截面积和长度比相同的条件，减少热电吊臂，增加每单位体积密度的热功率。同时，微电子发电装置连接数万个热电偶，在低温差下获得电压高电压，这种微电热发电装置的另一个特点是其制造工艺结合了电化学沉积和集成电路蚀刻工艺。测试装置由 2300 个热电偶组成，热电臂的长度为50 m，直径为 6 m。 在 温差下，可以在 电压下提供 22功率。 试验表明，上述所用可用于 供微功率。 目前， 在研发使用 P 型和 N 型 米线替代厚膜合金，便用相似的措施完成更小尺寸的半 共 21 页 第 3 页 导体电偶 臂。 当然发电器的构造还有很多，然而就目前的选取的几种上述结果证明，微卷热电转换器的热损失较小，热能利用率较高，但微加工愈加艰巨。同时，因为热电材料在温度梯度方向上为串联，所以热电材料的温度差不是很大，所以发电量也很小。薄膜热电发电程序从来说微处理技术相对成熟，其尺寸相对较小。但是由一般低功率产生的功率，仅有微瓦热电堆 相对于温度场是一个并联结构，每对 具备一样的温差，所以每对 串联，功率较大，另外，热源腔最好设计得相对大一点，这样燃料燃烧，温度掌控等比较容易，然而热损失比微型线圈发电机要大。在 这里用热电堆式热电发生器作为热电电源的重要部件来设计。 共 21 页 第 4 页 二 、 余热发电模块设计 热电堆型微电热发电机主要包括上，下热罩，分流芯片，焊料层， 悬臂和输出线等部件。 微电子发电机的输出功率和效率会被接触电阻影响，汤姆逊效应和温度波动的影响以及热覆盖片，导流板和焊料层对热导率的影响。 热电发电器模块的设计有水流道、气流道和热电发电偶臂的构造设计。设计这个模块的形态要注意热量的最大利用。 余热发电器模块设计通常有，微卷式 电堆和薄膜热发电，在这三者之间进行比较发现，微卷式虽然热量损失小， 但是加工很复杂，没有条件不便使用。薄膜热发电的处理技术相对不成熟，而且功率很低，不宜进行试验。 和温度场的热电堆并联，每对 温差相同，所以每对 串联，发电功率较大，最终采用热电堆热电，发电机作为火力发电的部件来设计。为达到最大热量的利用，所以我想到了“双管形热电发电器”和“方形热电发电器”，双管形热电发电器的热量利用率比方形热电发电器要高，但其应用中制作方面要求较高而且维修不方便，方形热电发电器不但具有较高的热利用率，并且后期用于制造方便，维修简单所以最后采用方形热电发电器。 下面我以简图的形 式来介绍一下方形热电发电器电偶臂的具体组成： 共 21 页 第 5 页 三 、 余热发电器设计 发电机组主要有热盖基板，导流板和电臂三部分。 当电臂端部之间的温差， P，N 结两种不同的热电材料会产生 应，所以电路中有电流。 动臂式热电发电机在通风管与水管之间， 电偶热电发电机有电绝缘热套，引流铜和 臂，热盖 95的氧化铝陶瓷， 导电层材料为铜板，焊料层为75和 95的锡和导电银塑料和高温银浆。 电臂材料为 电发电机电臂横截面尺寸为 33 臂对对 199 对。 从以往的理论分析可以看出，热电材料的选择赛贝克越高，质量越好。 四 、余热发电器的工艺设计 热电发电机电臂横截面尺寸大多为 1上，粒径较大，热电材料切割比较容易。 臂放在阵列的专用的模具中，用手动方法，总的加工相对容易。流程图如图 3 21。 现具体阐述如下： 在用导向层处理陶瓷基板之后，接下来是生产电臂。 因为电动臂的尺寸小，材料脆性好，所以这里是一个硅模工艺，也就是先制成一个正方形的正方形的硅模阵列，再放入熔融的热电材料中，并将发电机覆盖的基板，再去 除原有的硅模，留下热电电偶臂。 共 21 页 第 6 页 详细的硅模工艺如下：按照热电发生器的设计，制造光刻胶曝光用掩模膜。使用厚度为 抛光硅晶片，尺寸为 8.“荡涤硅晶片，用氢氟酸缓冲液作为蚀刻溶液除去二氧化硅的外表，并在涂层上放置一层光机器光致抗蚀剂的厚度约为50 微米。曝光显影后，光致抗蚀剂在硅晶片的表面上形成方孔阵列，再经过深度光刻，硅晶片形成方孔阵列，形成方孔阵列不是一个通孔，而是一个方形凹槽阵列。然后去除硅片上的光刻胶。两片晶片，涂在光致抗蚀剂的另一面，重复曝光显影，光刻，清洗等。方槽的另一面在方槽 两侧形成的阵列排列成一列。这时要求在高温炉中需要硅模，将 P 型和 N 型半导体悬臂材料放在石英容器 r 用于高温加热和加热直到熔融温度为约 650。然后，将 P 型热电材料注入硅模侧面上的方形槽中，并且在硅模具冷却之后，固化了硅模，将硅模翻转，将 N 型热电材料注入到模具的另一侧。再通过行硅模冷却，热电材料固化。结束时在硅片两面研磨直到露出热电偶，并按照需求的热电偶高度，确定研磨和研磨的量经过模具的厚度电臂和焊接层的接合，发电机切割封装，要求得到热电发生器。 用图形来体现。整个工艺有涂胶、曝光显影、光刻、铸模以及键合封装 等工艺，主要应用了硅模和电偶臂的制造工艺。 图 3 共 21 页 第 7 页 五 、 总结 船舶机舱是一个大的分布式能源系统 ,作为船舶动力核心的主机 ,是整个能源系统合理分布与有效利用的关键。主机排气余热所占比例极大 ,而且这部分余热的品质较高 ,是船上余热利用的主要来源。文中紧接着对该船排气余热的利用进行了分析 ,得出了排气余热的热平衡图 ,并通过对余热使用条件的分析 ,说明了低品质余热的大量利用还存在许多困难 ,未来 能使用这部分余热的新型设备将会极大地提高船舶柴油机的热经济性。 共 21 页 第 8 页 原文 ： n s a of of of is is by of a a a It is by of to of is on t in of is of in on of s of of s is is of N be to if at a is a is in & D is At of of in is of of he is of 共 21 页 第 9 页 as in of is as of of is to of In to a is of is so is a to of to He of At of of in is of 300 a 0 m a m. In to 2mw of 共 21 页 第 10 页 be At is of to of Of of of of is At in of in so is so is is by N to is a N so N in is in t is to a so to is as an of 2. PN of by of of on of is of of to of of is by is is is no to 共 21 页 第 11 页 is is be PN of in N is so N in of as a to In to of to be is a so of am in of a to of 3. he of P, N so 共 21 页 第 12 页 PN PN N 5% he 5% 5% 3of of of be of 共 21 页 第 13 页 4. of or PN in of is is Is as is is of is is so is a of a is as to is a a .3 mm .5 mm a . a as an to of a of on he of is 0 is a on of a is a a on on of of he to be in r is 50 C. a is in , is on of is is is is of he is at of on of in of to of of of to of 共 21 页 第 14 页 of 共 21 页 第 15 页 5. is a as of is a of a of of of is of on In of of is of is on of of it is in of of of of 共 21 页 第 1 页 指 导 教 师 评 语 外文翻译成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注： 1. 指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面：翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题 共 21 页 第 2 页 是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业 设计（论文）的参考文献；翻译的外文文献字数是否达到规定数量（ 3 000 字以上）；译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。 2. 外文原文应以附件的方式置于译文之后。