汽车尾气温差发电装置热端与消声器集成研究

提出一种将汽车尾气温差发电装置热端与消声器集成的设计方案,这种集成式结构不仅解决温差发电系统与汽车排气系统兼容性低的问题,而且提高了汽车底盘空间利用率和温差发电系统的比功率.基于传热学及流体动力学理论,利用STAR-CCM+软件计算得出集成式废热通道表面温度场和内部流体场,同时,耦合GT-POWER软件分析其结构的声学性能.根据集成式废热通道的热场仿真和声学分析结果,从汽车尾气温差发电装置和排气系统性能要求的角度,集成式废热通道满足高效的尾气温差发电器对热端的热场性能要求,并保持消声器的降噪特性,从而在理论上验证集成式废热通道设计的可行性.     

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.     

能量梯级利用型温差发电系统的动态特性研究

为了增强对温差发电系统的动态特性的认识,提高系统级发电效率,从而拓展温差发电技术在分布式能源以及耦合常规热源发电方面的应用前景,针对一种能量梯级利用型温差发电系统进行数学建模及仿真计算,并据此搭建了实验台.实验与仿真计算的结果证明,温差发电系统的数学模型能够较好地反映系统的动态性能,且合理地布置高、中、低温温差发电模块能够有效地实现对热源的梯级利用,系统级发电功率及发电效率可分别达到393.33 W和7.05%.     

尾气余热多孔介质热电材料发电的数值试验

汽车尾气具有比较高的温度,在汽车排气管内放置多孔介质,从汽车尾气中得到一个比较大的温差,利用温差发电,提高能源的利用率。根据气固两相局部热平衡的假设,建立排气管内三维稳态数学模型,利用有限体积法进行求解,得出速度场、温度场以及湍动能的分布,得到温度梯度较大的区域,在此区域放置温差发电器件,可以使热电效率得到提升。     

解冻冷源温差发电模拟实验装置的设计与开发

针对冷冻产品化冻过程中所产生的冷能回收利用问题,开发了一款基于温差发电的解冻水冷能回收利用装置,完成了测量显示系统、温差发电系统和解冻水模拟系统的组建,并以之为平台进行了实验研究。实验结果表明:利用解冻水可以实现温差发电,提供了一种新能源发电系统,具有一定的应用前景,但未解决温差发电片自身导热造成的两端温差较小的问题,实际应用中可以考虑利用风进行热端的能量交换。     

基于温差发电的锂电池充电装置的设计与实现

针对工业高温旋转环境下对温度采集仪器的供电比较困难的问题,该文设计了利用温差发电产生的电能作为能量的一种锂离子电池充电装置。分析了温差发电模块的输出电压／输出功率与温差的关系,然后根据温差发电模块输出电压不稳定的特点,设计了稳压电路,并用BQ2057W芯片实现对锂离子电池的智能充电管理。实验结果显示,该装置能够实现对电能的良好管理。     

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。     

温差发电元件串并联性能实验

为降低数据机房的能源消耗,研究了温差发电技术回收利用数据机房低温余热的装置设计,并通过搭建的小型温差发电模拟装置进行了实验研究,得到了不同数目温差发电片的热电模块在不同温差下的短路电流、开路电压和负载功率的实验数据。分析结果表明:温差发电片按串联、并联方式连接的短路电流和开路电压均随温度差和连接温差发电片数目的增加而增加;低温差条件下,所设计的小型温差发电模拟装置不考虑接触热阻时,热电模块的内阻为100左右;10~20℃的温差可以作为数据机房用于回收利用低温废热的温差发电装置工作温度。     

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。     

温差发电在发动机冷却系统能量回收中的应用

为实现发动机冷却系统能量回收利用,利用数值计算的方法对基于温差发电技术的发动机冷却系统能量回收装置进行了设计,主要包括散热系统、能量回收管和温差发电片连接方式等内容的设计,并实际加工完成了该能量回收装置.通过发动机台架实验研究表明,考虑到市售温差发电片耐高温不超过200℃的实际情况,对发动机冷却系统能量进行回收更为可行;同时也可以发现由于冷却系统自身温度较低,使得能量回收装置两端的温差相对较小,从而影响能量回收装置的输出功率.     

含圆孔Bi_2Te_3单晶拉伸变形的分子动力学模拟

Bi2Te3及其固溶体合金是研究较早,也是目前发展较为成熟的热电材料。利用Bi2Te3多体势函数采取分子动力学方法模拟了含圆孔的Bi2Te3单晶的单轴拉伸力学行为。模拟结果表明:弛豫过程后含孔圆洞模型的平均能量比无孔洞的能量要高,圆孔边缘的原子能量比其他区域的能量高。在拉伸过程中,孔洞边缘存在应力集中现象,模型的破坏从孔洞处开始逐渐扩展。对于不同孔径的模型,随着孔洞体积分数的增加Bi2Te3材料的等效弹性模量呈线性下降。     

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。     

单臂热电元件的电性能测试方法比较研究

在模拟工况下研究了小功率单臂热电元件的电性能测试方法,分别采用改进恒流源法、伏安法和标准电阻法对N型Ca0.9Ce0.1MnO3单臂热电元件进行了测试分析。结果表明:当温差较小时,改进恒流源法能够精确测量热电元件的性能;伏安法适合较大输出功率的测试场合;标准电阻法的适用范围较广,几乎不受元件输出功率限制且具有较高的测试精度和测试效率,可用于商业测试。     

Influence of structure parameters on performance of the thermoelectric module

A numerical model of thermoelectric module (TEM) is created by academic analysis,and the impacts of the resistance ratio and thermoelement size on the output power and thermoelectric efficiency of the TEM are analyzed by the MATLAB numerical calculation.The numerical model is validated by the ANSYS thermal,electrical,and structural coupling simulation.The effects of the variable physical property parameters and contact effect on the output power and thermoelectric efficiency are evaluated,and the concept of aspect ratio optimal domain is proposed,which provides a new design approach for the TEM.     

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。     

月球原位能源支撑技术探索构想

随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。本文基于月壤和月岩恒温层与月球表面存在巨大温差的特性,提出了利用该温差进行发电的月基原位能源支撑技术构想,设计了月球温差热电材料热伏发电技术和月球温差磁悬浮发电技术及实施构想。月球温差热电材料热伏发电系统直接利用热电材料实现昼夜连续工作的热电转换,将月表辐射能（白天）以及月壤的热能（夜晚）连续转化为电能;月球温差磁悬浮发电系统和技术利用氨-铝热虹吸管取热和磁悬浮透平发电机发电的方案将月球表面与月球月岩恒温层之间的温差转换为电能。两类月基温差发电技术具有无机械摩擦、效率高、寿命长、质量轻的优点,可为探月活动原位能源供给提供相关技术支撑。     

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。     

热电发电器件能量转换效率测量

热电器件可以实现热能和电能的直接转换,在废热回收和固态制冷领域具有重要的研究价值,对热电发电器件的能量转换效率进行精确测量是评价热电材料和器件性能的重要基础。针对测量过程中存在测量参数多、误差来源广等问题,本文从测量原理出发,通过公式推导和合理赋值对影响能量转换效率测量的因素进行详细分析,指出提高器件输出功率和冷端流出热流值的测量精度对于获取准确的转换效率必不可少。其中,器件输出功率的测量结果主要受界面接触电阻的影响,冷端流出热流值的准确获取则需要选择合适的参比试样。此外,当热端温度较高时,还需要考虑热辐射的影响。最后,简要总结了近年来高能量转换效率热电发电器件的研究进展和面临的挑战。     

共振散射对热电性能的影响

为了用理论方法探索共振散射对热电性能的影响,在单抛物能带基础上,通过建立仅考虑声学声子散射和共振散射的载流子输运模型,模拟计算和对比分析有/无共振散射条件下的电导率、Seebeck系数、功率因子、洛仑兹常数和电子热传导等热电性能。结果表明:由于共振散射的引入,功率因子可提高到3.5倍,电子热导率将降低0.45倍,显示出对热电性能提升的重要意义;同时,共振能级的能量范围必须大于一定宽度,才能有效影响热电输运,且宽度越宽,对热电性能的提高越为有利。