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WEVJ 合肥工业大学朱波教授团队：基于热池技术的发动机排气余热回收系统研究

已有 582 次阅读 2025-5-14 17:29 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

文章导读

传统燃油发动机的热效率普遍低于50%，大量能量通过排气与冷却系统散失。现有余热回收技术虽能实时回收部分排气热量，但无法存储能量，导致冷启动阶段发动机升温缓慢，燃料消耗与排放增加。针对这一问题，来自合肥工业大学汽车与交通工程学院的朱波教授等人在 World Electric Vehicle Journal (WEVJ) 期刊发表了文章，提出一种基于相变热池技术的创新方案，通过结合热存储与动态释放机制，利用相变材料进行发动机尾气余热的存储和再利用，不仅有效缩短发动机冷启动时间，而且可以在冷启动阶段为座舱提供加热。该研究对于改善汽车能耗和热舒适性具有重要意义。

采用热池的发动机尾气余热回收系统结构示意图

研究过程与结果

研究团队首先设计了新型热管理系统架构，将热池与排气热交换器并联集成至发动机冷却回路。热池采用Ba(OH)₂·8H₂O相变材料作为存储介质，其相变温度 (78℃) 与发动机冷启动需求匹配，且成本低廉、热稳定性优异。通过三通阀控制排气流向，系统可将高温排气热量导入热交换器或直接排出，同时利用热池存储热量。

为验证系统性能，团队基于AMESim软件构建了包含发动机热平衡、冷却系统及热池模块的多物理场动态模型。通过在−20℃低温环境下进行实验验证，仿真结果与实测数据高度吻合 (发动机出口水温误差≤4℃)，验证了模型可靠性。

在热池性能分析中，研究发现车速与环境温度显著影响储热效率。例如，当车辆以100 km/h恒定速度行驶时，相变材料的总储热时间仅为2138秒，较80 km/h车速缩短18.4%；而在−20 ℃低温下，热池通过6 L/min冷却液流速释放热量时，仅需371秒即可将冷却液从−20 ℃预热至30 ℃，较传统冷启动模式效率提升显著。

进一步对比四种冷启动加热模式发现，热池与热交换器联合加热模式表现最优。在80 km/h恒定车速下，该模式累计燃料消耗降低24.7%，冷启动时间缩短17.75%；而在40 km/h低速工况中，冷启动时间最大减少22.52%。研究还揭示，热电池在冷启动初期通过高温差快速加热冷却液，而热交换器则在中后期通过高温排气持续供能，两者协同显著提升整体能效。