月球恒温层地下空间利用探索构想

开展月球资源探测与地下空间利用是人类探索月球、将月球纳入人类活动范围的重要举措。本文从月球地质结构特性及月球表面温度变化特征入手,综合考虑月球纬度、月壤/月岩导热性能等要素,针对月球恒温层的恒温特性及随纬度变化的温度涵盖范围,提出了在月球恒温层开发月球地下人类基地、月球地下轨道交通、月球生命体存储、月球原位热能存储等月球地下空间利用构想。针对所提出的月球恒温层利用构想,设计了月球地下人类基地空间支护与搭建、基于电磁技术的月球地下飞行式轨道交通、可温度调节式月球战略储备库、基于月岩/月壤导热差异的原位热能存储等技术实施方案。基于上述构想及技术方案,本文系统总结了月球恒温层地下空间利用需突破的技术挑战和面临的关键科学问题。本文的研究将为未来建立月球人类基地及月球地下空间利用提供技术参考。     

基于热伏材料中低温地热发电原理与技术构想

本文系统分析了我国中低温地热发电的现状和技术瓶颈,提出了热伏材料概念,以大尺寸单晶热伏材料及其相应的热伏器件等为关键技术切入点,系统提出了高效、稳定的中低温地热热伏发电以及基于冷、热、电联供一体化的工程实施和精准对接的技术原理和构想。该技术构想突破了传统中低温地热发电通过机械能转化为电能的局限性,利用大尺寸单晶热伏材料将热能直接高效转化为电能,这一创新技术研发对保持我国在地热发电领域尤其是中低温区的国际核心竞争力、获取自主知识产权、实现地热能高效利用和规模开发具有重要的战略指导意义。同时,该战略性技术构想有望引领全球地热发电新的技术革命,以奠定我国在中低温地热发电领域处于全球领先地位,从而实现地热资源的清洁绿色可持续利用。     

月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计

开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的“取不深”、“取不真”的技术瓶颈，本文从月球月壤/月岩地质成分与特性入手，在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思路，在综合考虑大深度取芯钻杆搭接、取芯机器人构型设计、取芯过程自掘进与支撑、原位保真取芯控制、样本原位封装与返回等要素基础上，提出月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想。针对所提出的构想进行机器人系统实施技术方案设计，具体设计了多级分段式取芯器、自掘进取芯机器人、柱坐标取芯器存储机器人、气压轴向推进与气压支撑、旋转复合超声冲击钻进、保真膜及微流道原位环境控制、蜂窝状样本保真腔、月球样本保真返回等技术实施方案。基于上述构想及技术实施方案，本文系统总结了月球大深度保真取芯机器人系统设计需解决的关键技术问题及解决思路。本文的研究将为人类进行月球及其他行星大深度保真取芯探矿提供技术方案参考。研究成果将有助于人类真实了解月球深部原位地质信息，为月球演化科学探索提供技术支撑。     

太阳能温差发电系统热电性能的分析

温差发电技术是利用塞贝克效应直接将热能转化为电能的发电技术,是一种绿色环保的发电方式.本文对半导体温差发电模块的实际传热模型及温差发电系统的热电性能进行分析.探索温差发电系统达到较优性能时与各相关参数的关系,为以后的深入研究提供有价值的理论依据.     

半导体温差发电在机车能量回收中的应用

利用半导体温差发电技术对电力机车冷却系统散热器中的废热进行回收,并将散热器中所含的低品位能源转化为电能储存在蓄电池中。通过对电力机车冷却系统余热的回收和转换及温差发电性能的分析,建立了温差发电系统模型;并针对温差发电系统的输出电压不稳定问题,设计了稳压电路;通过Matlab/Simulink仿真分析验证了设计的可行性,为此后的蓄电池组储能奠定了基础。     

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.     

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.     

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。     

燃气冷却式温差发电烤炉的实验研究

能源问题和环境问题已经成为各国不得不面对的社会问题,基于塞贝克效应设计了一种温差发电燃气烤炉,将余热转换成电能,利用燃气的冷能维持温差发电芯片冷热端温差,同时预热了燃气。搭建实验平台测试了温差发电燃气烤炉的温差发电模块温度曲线、电能输出特性和预热对烤炉热效率的提升,该温差发电烤炉可输出功率为2.9 W,燃气经预热后烤架温度平均上升31.9℃,结果表明所设计的温差发电烤炉系统较好地利用温差发电芯片的热电转化能力,可维持用电器正常运转,达到使用要求。     

利用汽车尾气余热温差的热电转换技术

介绍了利用温差进行发电的原理、热电材料、温差发电装置结构等。重点探讨了汽车发动机尾气余热温差发电装置设计开发的具体步骤。该技术节约能源,绿色环保,应用前景广阔。     

热电发电技术回收工业余热分析

工业余热资源形式多样且总量巨大, 节能潜力可观。利用热电发电技术将工业余热资源转化为电能, 既能提升能源利用率又可以降低热污染, 是实现双碳目标的重要技术途径。介绍了工业中不同类型余热的分布占比情况和热电发电的基本原理, 重点对热电发电技术在工业领域中的应用研究进展进行了综述, 并针对热电发电技术以及该技术在工业应用中存在的一些问题进行了分析、总结和展望。     

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。     

太阳能温差发电系统的性能

建立太阳能温差发电系统的数学模型,利用温差发电技术将太阳能直接转化为电能.考虑冷却系统的功耗,分析聚焦倍率以及冷却水流量对太阳能温差发电系统的净输出功率与净发电效率的影响.结果表明,存在最优的冷却水流量及最优的聚焦倍率,使得系统发电性能最大,最大净输出功率与净发电效率分别为15.86 W和5.61%;对温差发电器热端进行必要的保温,能够提高系统的发电性能.     

基于神经网络的光伏发电最大功率点跟踪算法

由于光伏阵列电压和电流的非线性,光伏发电输出能量存在最大功率点.为提高光伏发电系统的发电效率,提出了一种基于神经网络和Cuk变换器对光伏阵列最大功率点跟踪的算法.神经网络输入变量为温度和光照强度,学习算法采用梯度下降法,输出量为电压信号,用于调节Cuk变换器的开关占空比.仿真结果表明,该算法最大功率点跟踪控制精度较高,响应迅速,且系统适应性良好.     

沥青混凝土路面发电降温系统室内试验研究

利用碘钨灯模拟自然光照,研究了碘钨灯不同距离处的环境温度,结果表明在距离碘钨灯0.3 m处环境温度为35℃,能够较为真实的模拟夏季环境温度.对碘钨灯光照下沥青混凝土内部的温度场进行了测试,综合确定了发电系统的最佳埋设厚度在距离路表下2～3 cm处.基于塞贝克温差发电原理,利用夏季沥青路面高温热能研制一套无污染、无噪音的发电系统,并分析了此系统对路面的降温效果.该系统能够实现路面热能的转化,并在一定程度上降低路面内部温度,能够延长路面的使用寿命,具有一定的社会效益和经济效益.