热电发电器件的输出功率和效率的解析模型

建立了热电发电器件工作的一维模型,应用热力学理论分析了发电器件的输出功率和效率,并重点讨论了元器件热导及热端板、冷端板与元器件间的接触层热导对输出功率和效率的影响.结果表明,热电发电器件的输出功率和效率随热端接触层热导和冷端接触层热导的增加而增加,但增加的幅度越来越小;随元器件热导的减小而增加,且增加的幅度越来越大.所得结论对发电器的设计具有重要的指导意义.     

汽车尾气温差发电装置热场数值模拟分析

提出了一种改善温差发电装置的热端和冷端温度分布均匀性的集成结构.基于Fluent软件,针对现有汽车尾气废热温差发电系统试验台架所使用的温差发电转换装置进行热-流-固耦合场的数值模拟,完成了发电装置三大子系统:热交换气箱、热电模块以及散热水箱的热场仿真分析,并进一步通过在温差发电装置中做切面的方法具体分析了子系统间热流的情况.根据分析结果,该温差发电装置各子系统间的热流情况符合理论传热原理,该研究可以为汽车尾气温差发电的进一步研究提供基础和参考.     

接触热阻对相变耦合温差发电系统的影响

在汽车尾气温差发电系统中, 热量在传递的过程中通常要经过若干个接触界面。而界面间的接触热阻影响 着热量的传递效率和热电器件冷热两侧的实际温差, 进而影响到系统的发电性能。利用工业热风机模拟汽车运行实 际工况, 使用装载有相变材料(phase change material, PCM) 的温差发电系统, 通过涂抹不同导热系数的导热硅脂来 调节热电器件与系统间的接触热阻, 研究了接触热阻对PCM 以及系统输出电压的影响。研究发现, 同时减小热电 器件两侧与系统间的接触热阻会削弱PCM 的储热能力; 相较于减小热电器件热面与系统间的接触热阻, 减小热电 器件冷面与冷端换热器间接触热阻, 对温差发电系统输出电压的提升效果更为显著。     

面向热伏发电系统的紧凑式换热结构设计及性能分析

中低温地热温差材料热伏发电是世界性研究热点,其难点是如何提高热伏发电的热电转换效率。本文提出一种基于自相似结构（SSHS）的换热结构设计方案,可以大大减小一般热电转换系统换热结构的体积与重量,同时提高热电转换效率。以一个热端热沉的流动换热过程为例,利用数值计算方法对其换热和流动阻力特性进行了模拟和分析,并与两种传统换热结构进行了对比。计算结果表明：SSHS热沉具有更强的换热能力,换热均匀性更好,流量范围0.010 3～0.018 6 kg/s、热流密度2 W/cm²及进口热水温度100 ℃条件下,SSHS热沉的换热能力可达一般换热结构的2倍以上,换热面（释热面）温度高出5～10 K,温度分布均匀性提高了50%以上,进而有利于提高热电转换效率;此外,SSHS虽然相较传统结构有更大的流动阻力,但对于当前设计总流动阻力也不超过450 Pa,因此SSHS热沉非常适合用于模块化的热电直接转换系统。     

基于AMTEC的碟式太阳能热发电系统的可行性研究

提出一种基于AMTEC的碟式太阳能热发电系统,该系统通过分离式热管把碟式太阳能集热系统和碱金属热电转换器(AMTEC)耦合起来。以碟式太阳能集热系统的热性能以及AMTEC的热电转换性能为基础,对提出的基于AMTEC的碟式太阳能热发电系统的性能进行了初步分析。结果表明,在一定的参数条件下,该系统的总体热电转换效率达到20.6%,该系统在碟式太阳能热发电系统中具有一定的竞争力。最后指出了需进一步解决和研究的问题。     

热电偶臂构型尺寸对环形热电发电器性能的影响

基于一维稳态热传导理论提出环形热电发电器(ATEG)的数学物理模型,考虑P型和N型热电偶臂的构型尺寸、材料热电性质不对称性以及界面接触阻力对其输出性能的影响. 针对理想的环形热电发电器,基于最大能量转换效率原则建立P型和N型热电偶臂构型尺寸与材料性质间的最优定量关系. 考虑界面接触热阻和界面接触电阻效应的影响,给出相对于精确解更方便实用的电流线性简化解,确定环形热电发电器最大输出功率、最大能量转换效率对应的P型、N型热电偶臂圆周角度比. 发现界面接触对小尺寸器件的热电偶臂圆周角度比影响显著,但随着器件构型尺寸的增大,比值逐渐趋近于理想器件的结果.当器件尺寸参数s_r>2时,可以基于理想模型指导环形热电发电器的设计计算.     

热电元侧棱设计对热电器件性能影响

热电发电器件(thermoelectric generators, TEGs) 具有体积小、质量轻、无传动部件、无污染、可靠性高等优点。然而, 目前TEGs 的输出功率仍然较低。利用有限元方法研究了不同侧棱设计热电元对TEGs 的输出功率和转换效率的影响。并进一步研究不同侧棱设计的台状和倒台状热电元对TEGs 输出功率和转换效率的影响。结果表明, 柱状热电元的热电器件的输出功率高于梯台状热电元热电器件的输出功率, 但其转换效率却低于后者, 这是因为热量在梯台状热电元内部进行横向传导, 导致热量损失。热电元棱数增加后, 热电器件的输出功率有所提高, 这是因为热电元的棱数增加会降低热量横向传导所引起的损失。而这棱数增加提升热电器件输出功率的现象在热电元下上底面积差异较大时更明显。     

微热电发电系统

微热电发电系统是一种利用半导体材料的热电特性之一的塞贝克效应．将热能转化为电能的微型能量转换系统。介绍微热电发电器系统的应用背景及其核心部分微热电发电器件的结构,提出了一种新型的水平型双层微热电发电器,并就其结构模型进行了有限元仿真与优化设计     

通过强化热端吸热优化环状热电发电器件性能

热电发电器可以将热能直接转换为电能,被广泛应用于余热利用领域.针对环状热源,环状热电发电系统(ATE)具有更好的兼容性.然而,目前ATE输出功率和转换效率仍然比较低.影响其性能的主要原因之一是热端吸热较差.针对环状热电发电热端结构进行了优化设计,利用翅片强化热端吸热.运用标准的κ-ε方程和NK传热模型描述流体传热、耦合...     

最大功率和效率条件下的热电器件性能优化

建立了热电器件的效率模型,讨论了常物性和变物性情况下及最大功率优化和最大效率优化条件下热电器件的效率变化,以及输入能量、冷端温度等对热电器件效率的影响.结果表明,变物性条件能更好地反映热电器件的实际工作情况.热电器件的效率与输入能量、材料物性、冷端温度及热、冷端温差有关,提高热电器件的输入能量、降低其冷端温度能提高热电器件的温差,从而提高热电器件的效率.     

利用回收尾气发电制冷的汽车主动式热电空调性能研究

针对汽车尾气排放造成的热污染和能源浪费,提出一种利用回收尾气发电制冷的汽车主动式热电空调,并对其性能进行研究。利用热电技术(热电发电、热电制冷)对汽车高温尾气废热进行回收,用回收热能对汽车内环境进行供冷。通过建立该主动式热电空调的热力学模型,对不同废气温度、室外环境温度以及车内温度对系统性能的影响进行对比分析。结果表明:主动式热电空调性能受尾气温度、室外温度和车内温度影响较大,且其中尾气温度对制冷量和发电效率影响最大; 增加发电片数目能够有效提高制冷量和系统效率; 当发电片数目n=6时,该模型可达到最大制冷量以及最大系统效率,分别为109.92 W和0.46。     

MFC俘能器振动发电模型及负载特性研究

传统压电俘能器陶瓷层易碎,无法满足低功耗无线传感网络节点长时间供电要求。现采用柔韧性更好,使用寿命更长的压电纤维复合材料MFC作为压电俘能器。参照压电陶瓷振子的振动发电模型,建立了悬臂梁式MFC俘能器的振动发电模型,得出影响输出功率以及能量转换效率的各种因素,研究MFC的输出功率、能量转换效率与负载之间的关系。负载特性实验表明,该模型理论值和实验值虽存在一定误差,但能够较为准确揭示MFC输出功率、能量转换效率与负载之间的变化规律。     

纳米热电材料研究(英文)

随着环境和能源问题日益突出,利用热电材料将废热直接转换为电能,对于降低人类对化石能源的依赖起着重要的作用.目前,热电材料已应用于生物电源、光电器件、深空探测等设施.对纳米结构的热电材料进行了阐述,分析了纳米热电材料的结构特点、制备方法、晶格热导、声子散射、超晶格、热电性能及影响因素.探讨了进一步开发新型纳米热电材料的发展方向.     

温差发电器件的结构优化与数值模拟

建立了温差发电器件的数学模型,通过理论分析与推导得到了经过优化后的热电臂尺寸结构使温差发电器达到最大转换效率。采用数值模拟方法比较了传统式和尺寸优化式温差发电器件的电学性能。结果表明:相对于传统式结构,尺寸优化式结构的输出电压、输出功和效率均会呈现出不同程度的提高;输出电压随外阻的增加而增加,输出功和转换效率随外阻的增加呈现出先增大后减小的趋势。     

嵌入式相变材料对热电发电器件性能的影响

热电器件(thermoelectric generator, TEG)能够直接将热能转化为电能,且具有体积小,无运动部件,寿命高,运行成本低等优点。相变材料(phase change material, PCM)在相变时能够恒温吸收、释放大量热量,因此被广泛应用于热电发电领域以稳定热端温度。设计了一种嵌入式的相变-热电(PCM-TEG)系统,探究了热源停止供热后的一段时间内,相同体积不同长度的PCM对TEG发电性能的影响。结果表明,被PCM包裹的长度与总长度的比值为40%时, PCM-TEG系统产生的电能最多,与不使用PCM相比,热电发电器件的输出电能增加了76.06%。PCM的使用能够提高热电发电系统对热能的利用率,且在使用的PCM的体积一定时,需要优化PCM包裹热电臂的长度以提升热电发电器件的输出热能。     

基于微处理器的热流道模具精密温控仪研制

介绍了基于微处理器的热流道模具精密温度控制仪的设计方法．使用热电偶测量温度需要进行冷端温度补偿和非线性校正：利用半导体温度传感器AD22103测量热电偶冷端温度，用软件进行了冷端温度补偿；利用分段线性化处理热电偶的非线性可以节省存储空间．依据误差值自动选用不同的控制算法和不同的控制参数，可提高响应的快速性和稳态精度．经过试验测试及实际使用验证，该温控仪具有较高的测控精度，对控制对象参数的变化具有一定的适应性，能较好的满足热流道模具的温度控制要求。     

SiGe合金材料热电转换效应的应用和研究进展

半导体材料的热电效应在发电方面有着巨大的应用潜力,但如何提高材料的热电转换效率是目前人们研究探讨的热点问题．SiGe材料的热电转换最大优值ZT=1,实际应用中仅能达到0．68．论述了目前提高材料温差电优值(ZT)的主要途径,重点介绍了SiGe合金作为热电转换材料的主要特点,在热电应用中当前前的主要研究成果．     

镍泡沫定型相变材料制备与性能研究

聚光光伏热电耦合系统(CPV-TE) 通过聚光增大光照强度, 提升热电模块两侧的温差进而提高热电效率, 但聚光同时也带来光伏电池温度过高等问题。提高冷端换热能力是降低光伏温度, 提升热电冷热端温差的有效手段。研究了不同光强下, 冷端冷却温度、冷却水流速以及不同冷却介质对CPV-TE 的影响。研究发现降低冷却水温度 和提高介质流速, 不仅降低光伏电池温度、提高光电转化效率, 而且增大热电模块两侧的温差提高热电效率。采用MWCNT- 水纳米流体作为换热介质, 可以进一步提升冷却效果进而提高系统整体输出。     

冷端冷却方式对聚光光伏热电耦合系统的影响

聚光光伏热电耦合系统(CPV-TE)通过聚光增大光照强度,提升热电模块两侧的温差进而提高热电效率,但聚光同时也带来光伏电池温度过高等问题.提高冷端换热能力是降低光伏温度,提升热电冷热端温差的有效手段.研究了不同光强下,冷端冷却温度、冷却水流速以及不同冷却介质对CPV-TE的影响.研究发现降低冷却水温度和提高介质流速,不...     

高塞贝克系数的氧化物热电材料(英文)

热电材料是一种直接将热能和电能进行相互转换的能源材料,在废热(余热)发电、太阳能热源发电等方面有广阔的应用前景.氧化物热电材料具有性能稳定、可在高温环境下长期工作、无污染及成本低廉等优点,已成为高温热电转换材料领域研究的热点之一.系统阐述了氧化物热电材料的研究现状,讨论了结构调控技术提高材料热电性能的原因,并提出了氧化物热电材料的发展方向.