分段温差电元件的设计

由于分段温差电元件能够在较宽的温度范围内很大程度地提高热电转换效率,因此,在世界范围内受到广泛的关注。对碲化铅(PbTe)材料和碲化铋(Bi2Te3)材料组成的分段温差电元件进行了理论设计和计算。确定了在热面温度为773K、冷面温度为323K,元件总长度为15mm时,PbTe的最佳长度为8.8mm。测试结果表明:由设计的元件制作出的分段温差电单偶的热电转换效率达到了7.31%。     

分段温差电元件性能的仿真研究

利用商用有限元软件ANSYS建立了带接触层的分段温差电单偶模型,不仅能考虑接触电阻,还能考虑接触热阻。该模型由n-Bi2Te3/n-PbTe,p-BiSbTe/p-Zn4Sb3组成。在电偶臂总长l=5mm时,优化温差电元件得到最大热电转换效率,并分析接触电阻和接触热阻对热电转换效率的影响,以及电臂的分界面温度。结果表明,在热端温度673K,冷端温度分别为298、323、353K时,最大转换效率为11.64%,10.70%,9.50%。当接触层厚0.1mm,接触电阻率为5×10-5Ω·m(即每电臂接触电阻为150μΩ·cm2),接触热导率为kc=6W/mK时,最大转换效率降到10.15%,9.33%,8.31%。分界面温度在材料Z-T曲线交点温度附近,大约为3%～-1%范围内。     

一种温差电单偶热电转换效率的测试方法

提出了一种温差电单偶热电转换效率的测试方法,将测定输入温差电单偶的热流量分解为测定温差电单偶的输出电功率与测定从温差电单偶流出的热流量,并用温差电热流量计测定温差电单偶冷面流出的热流量。该测试方法避免了测量输入温差电元件的热流量,因此可以不考虑温差电元件侧面对流、辐射热损失防护问题。半导体温差电材料的塞贝克系数可以是金属的几倍,因此温差电热流量计的灵敏度高,热电转换效率的测量可以获得较高精度。给出了一些温差电单偶热电转换效率的测试结果。热面温度500℃,冷面温度50℃时,碲化铅/碲化铋级联温差电单偶的最大热电转换效率测试结果为8.45%。当冷面温度固定在50℃,作者测试了一对碲化铋温差电单偶热电转换效率随热面温度变化的规律,结果显示其热电转换效率呈近似线性增长。讨论了测试误差的来源,认为测试误差主要来源于热流量计的标定误差。     

PbTe/BiTe分段温差电单偶仿真设计研究

考虑温差电材料的热电性能参数随温度的变化,建立了分段温差电单偶的优化设计模型.利用商用有限元软件ANSYS分析了PbTe/BiTe分段温差电元件长度比例、元件截面积、接触电阻、冷热面温度等变化对热电转换效率的影响,并进行了敏感度分析.计算结果表明,利用分段温差电单偶能够有效提高温差电池的热电转换效率,用PbTe/BiTe材料组成的分段温差电单偶的理论热电转换效率超过10%.     

温差电能量转换技术述评

本文详细阐述了温差发电和温差电致冷技术的现状并讨论了该领域的发展趋势.     

Bi2Te3基温差发电组件的热应力和结构参数选择

温差电材料性能决定了温差发电组件(TEM)的发电功率及转换效率,而在使用过程中由于环境因素的影响,对其机械性能也提出了一定的要求.热压法制备的Bi2Te3基温差电材料密度和强度均有提高,缓解了区熔法制备的Bi2Te3基温差电材料在平行于晶体方向上易发生解理破坏的问题,但还不能完全避免.通过分析Bi2Te3基温差电材料沿...     

提高温差电空调系统效率的探讨

通过对现有温差电公式进行理论推导,结合具体的试验结论,通过绘制Z-h(COP)、DT-h以及U-h三条关系曲线,直观地反映了最佳hopt与优值系数Z、温差DT以及工作电压U之间的函数关系,从而为设计高效温差电空调系统奠定了理论基础。基于此,通过改进温差电材料的热电性能、提高优值系数Z、降低冷热面温差、优化工作电压以及引入高密高效散热器、改善散热条件等几个方面,设计了一套高效率的温差电空调系统,其致冷效率可以达到4~5。     

纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术

介绍了一种新的一维纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术。该技术创造性地采用了液流加热以及异地测温的新方法,成功地解决了对微米厚度的一维纳米线阵列结构热电材料试样两侧均匀加热并保持两侧的温差恒定,以及微米厚度的试样两侧测温的难题。依据这一原理建立了一维纳米线阵列结构热电材料性能测试系统。实验表明,该系统性能稳定,精度高,可胜任一维纳米线阵列结构热电材料的性能测试。     

温差电材料研究的新动向

近10a来,由于环境保护和军事应用的需要,温差电材料的研究重新引起人们的重视。目前,室温附近最好的块状温差电材料BiTe的无量纲优值ZT大约等于1。为了成功地与其它换能系统竞争,必须使无量纲优值ZT提高到1.5～3。其途径为三:其一,研究新材料;其二,研究功能梯度材料;其三,降低材料的维数。回顾了温差电材料研究的最新进展,介绍了诸如Skutterudites、过渡金属的五价碲化物、Clathrates、Half Heusler、准晶体、氧化物等新材料的研制概况,以及梯度功能温差电材料和低维温差电材料方面的研究动态。     

辐照对温差电材料性能的影响

采用~(241)Am-Be中子源等效热功率为12 W的Pu-238热源产生的中子射线,对Bi_2Te_3器件和PbTe两种温差电材料进行模拟加速辐照2年、3年、6年的辐照实验,对Bi_2Te_3和PbTe两种材料在实验前和实验后的热电性能进行对比测试,实验分析表明,同位素温差电池(RTG)中能量较高的快中子对温差电材料的热电性能不会造成明显影响。     

温差发电器中热电材料物性的影响分析

考虑温差材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,与传热方程相结合,建立了温差发电器的一维计算模型,数值模拟了温差发电器的热电耦合工作过程。主要分析了温差材料的导热系数、电阻率和塞贝克系数的变化及其变物性计算对温差发电器工作性能的影响。计算表明,材料的导热系数、电阻率及塞贝克系数对发电器转换效率的影响规律均为非线性的,其中导热系数的影响作用最明显;当发电器的温差电元件物性参数差别较大时,其内部有不同的温度分布,采用平均值计算会有明显的误差;温差材料物性参数随温度变化后,发电器工作性能有较大的变化。     

高效温差电空调器的研制

温差电致冷器具有零污染、长寿命以及易于控温等诸多优点,正得到日益广泛的应用。通过降低温差电致冷组件冷、热面工作温差及工作电压等方法,引入降额及冗余设计,建立高效率致冷工作模式。其次,改进常规的散热方法,设计轻质、高效散热器,大幅度地提高散热性能。此外,优化整机设计,采用交叉流换热结构,进一步提高冷、热风道换热效率,最终研制出高效率的温差电空调器。制作的温差电空调器样机输入功率95W,致冷功率448W,致冷效率达到4.7以上,高于普通的机械式空调器。     

一种温差电器件的发电性能分析研究

BiTe合金是低温热电发电材料的一种典型材料。为获得其在室温范围内的发电方面的热电性能,采用一种BiTe合金材料,制备了多种规格的温差电器件,通过实验研究了该器件在不同温度下的电阻、电压、赛贝克系数等热电性能,给出了其随温度变化的线性近似方程,求得相关的经验参数。在此基础上,推导出最大输出功率的近似数学表达式,并进行了试验验证,实验结果表明近似方程与实际测量结果相吻合。     

温差电材料片表面处理工艺研究

焊接条件对温差电致冷组件的性能有重要的影响。研究了温差电材料片的表面处理工艺 ,介绍了主要工艺步骤及实验过程。该工艺实验表明 ,材料片经表面处理后 ,不仅提高了可焊性和结合强度 ,而且提高了组件的可靠性和热电性能 ;工艺过程容易控制 ,适合于不同焊料致冷组件的生产 ,具有显著的应用与推广价值     

温差发电器的研究进展

温差发电器是能将热能直接转化成电能的固态装置,具有结构简单、稳定可靠、无运动部件、绿色环保等优点,广泛地应用于航天、军事等领域,在废热的回收利用方面也展现出良好的应用前景。本文简要地介绍了温差发电器的工作原理及其结构,介绍了体温差发电器和微型温差发电器的国内外研究进展,并进行了对比分析,提出了温差发电器中存在的问题及解决方案,最后展望了温差发电器的前景。     

碲化铋温差发电模块构型优化设计

利用温差发电技术进行发动机废热回收的研究日益受到关注。为此,以热源温度250℃、热沉温度30℃为工况,考虑半导体热电材料(碲化铋)物理参数随温度的变化,数值研究了热电元件长度和截面积、导热基底厚度这3个结构参数对温差发电模块发电性能的影响。针对1维模型精度低和灵活性差的特点,建立了3维热电耦合物理模型。数值模拟结果表明:对于峰值输出功率而言,热电元件长度存在最优值,在该研究条件下,最优值在0.075~0.125 mm范围内,与理论分析结果近似,能量转化效率则随热电元件长度的增加而减小;输出功率随热电元件截面积的增大而减小,面积比功率和能量转化效率则缓慢下降;导热基底越厚,输出功率和能量转化效率均越减小。并且建立了简易实验测试装置,通过测试商用热电器件验证了物理模型的准确性。研究结果能为温差发电模块构型设计提供参考。     

电机分段式转子导条楔紧工艺研究及数值模拟分析

研究了某型电机分段式转子铁心导条楔紧要求,采用刚度增强系统增加分段式铁心的整体刚度,保证分段铁心两侧冲片不出现散片和变形等不良问题,从而使导条楔紧深度及范围符合要求。运用轴向推力工装对导条进行推力试验,评估导条楔紧质量。利用DEF O R M-3D有限元软件对导条楔紧过程进行数值模拟,分析导条和铁心的受力和变形情况。试验和仿真结果表明,运用刚度增强系统进行导条楔紧作业,在要求的推力作用下,导条与铁心未发生位移,分段铁心未发生散片等不良情况,导条楔紧效果满足使用要求。     

123温差电致冷器件在大气中的测试方法

123(产品代号)温差电致冷器件是为便携式空调而设计的一种温差电致冷器件。根据温差电致冷器的实际应用情况,依据热平衡原理,设计出特殊的测试器件温差、致冷功率的方法。对实测值与理论值的差距进行了多方面的分析比较,同时也从实际的测试结果分析中确定了该器件的最佳工作电压范围为30～36V。     

温差电致冷器的可靠性研究

综合了国际文献中有关温差电致冷组件和系统的可靠性研究成果,并结合作者的实践经验,讨论了温差电致冷组件及其系统的失效模式、失效机理、寿命试验方法以及可靠性设计等问题.