计及电热耦合的多级温差发电建模和试验研究

为准确描述多级温差发电器实际工作时各级节点温度分布与通过热功率及其热电输出特性之间的关系,文章建立了计及电热耦合的多级温差发电数值分析模型。运用贪心算法(Greedy Algorithm)编程求解,以常见的Bi2Te3,PbTe和SiGe 3种半导体材料的发电片为例,通过试验验证了模型的正确性,并进一步研究了电热耦合效应对多级温差发电器的Seebeck电压、发电功率和热电转换效率的影响。模型的数值求解和实测结果对比表明:由于电热耦合效应的存在,多级温差发电器在实际工作时各级节点的温度上升,但冷、热端的温差值减小;电热耦合效应会使Seebeck电压、发电功率和热电转换效率明显降低,下降幅度随多级温差发电器热端温度的升高而增大,随发电器级数的增加而减小。     

初始种子电子团对短空气间隙流注放电行为的影响

流注放电过程中初始种子电子团的形成数量及位置具有随机性,为揭示初始种子电子团对流注放电行为的影响,建立流体动力学-化学反应混合模型,数值仿真大气压下棒-板间隙为5 mm的流注放电过程。模型包括电子、正负离子连续性方程、电子平均能量方程和电场的泊松方程以及23种粒子间化学反应。分别在模型中对密度峰值和分布位置预设置3个不同数值,研究初始种子电子团密度峰值和分布位置对空气间隙流注放电行为的影响。结果表明:初始种子电子团密度峰值的增加只会加速流注的形成,不会影响流注的时空变化规律;而分布位置的改变会影响流注的时空发展特性,初始位置与棒电极的距离越远,形成的流注到达板电极的时间愈短。     

不同气压下N_2~+离子迁移率对直流正电晕放电特性的影响

离子迁移率是高海拔地区电晕放电的关键参数之一,其取值大小对于考虑海拔因素的电晕计算模型具有重要意义,因此有必要研究不同气压条件下离子迁移率的变化对电晕放电的影响。采用5mm棒-板间隙模型,棒电极施以15kV直流电压,板电极接地,并在流体动力学模型的基础上加入9种粒子间化学反应。结果表明,N_2~+离子迁移率的增大会导致电晕头部离子数密度的增加,从而加强对间隙电场的畸变作用,轴向最大场强在接近板电极时会随之减小;N_2~+离子迁移率的增大也会降低电晕平均发展速率;海拔越高N_2~+离子迁移率对电场分布、平均发展速度和离子数密度的影响越明显。研究成果可为输电线路架设等工程实践提供指导。     

棒极外形对SF6棒-板短间隙流注放电特性的影响

为研究SF_6绝缘设备中可能存在的不均匀电场环境对绝缘性能的影响,从微观角度解释不均匀电场对SF_6流注放电特性的影响,建立流体动力学-化学反应混合模型,数值仿真棒-板间隙的SF_6流注放电过程。改变棒尖端外形以及棒极半径,仿真锥尖头、球头、平头等3种棒电极下棒-板短间隙的SF_6流注放电特性。结果表明:棒极外形对SF_6短间隙放电特性影响显著,不同外形棒极在初始放电阶段存在不同的电场分布,锥尖头棒尖端外形流注注头电场峰值最大,发展速率更快,流注发展速率随放电间隙的增大而减小,而平头棒尖端外形流注的放电通道半径最大。棒极半径的增大使流注头部电场强度以及平均电子能减小,流注发展速率减慢。     

基于改进贪心算法的温差电器件电-热耦合效应研究

温差电器件实际工作时由于内电阻的存在不可避免地会产生焦耳热,传统的温差电研究中虽注意到温差发电过程中的焦耳热现象,但只是在等效计算热功率时消去焦耳热部分,而忽略了焦耳热对温差电器件热、冷端温度分布的影响。针对传统研究的不足,考虑实际应用中的电-热耦合效应,运用理论推导的方法建立了第三类边界条件下的温差发电负载模型,并利用改进贪心算法迭代求解,最后以SP1848-21745型温差发电片为例,通过试验验证了模型与算法的正确性。模型的数值求解与发电片实测结果对比表明,考虑了电-热耦合效应的温差发电负载模型的热电输出值更接近实测值。