【摘要】：熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,在熱電發(fā)電、熱電制冷上具有應(yīng)用。然而,熱電材料熱電轉(zhuǎn)化效率低的問題,使熱電器件在大規(guī)模應(yīng)用上受到了限制。如何提高熱電性能、保證高溫條件下材料的力學(xué)可靠性成了熱電領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問題。首先,建立了用于評估熱電材料及器件熱電性能和力學(xué)性能的三維有限元模型,在熱電性能方面,基于熱—電耦合計算,考慮了材料參數(shù)溫度依賴性的影響,探究了輸出功率、發(fā)電效率與電流的關(guān)系,研究了熱電腿尺寸和截面積對熱電器件輸出功率、發(fā)電效率的影響。通過改變熱電腿的結(jié)構(gòu)尺寸,進而找到最佳的熱電腿高度和橫截面積,提高了熱電發(fā)電效率。在力學(xué)性能方面,基于熱—結(jié)構(gòu)耦合計算,分析了熱電發(fā)電機的應(yīng)力特性,重點研究了熱電腿尺寸和橫截面積、不同邊界約束方式的影響,提出了降低材料應(yīng)力的優(yōu)化方法。綜合結(jié)果表明,關(guān)于熱電發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計,在考慮熱電性能的最大化時,還應(yīng)兼顧材料的力學(xué)可靠性;對特定的工況,存在最佳的尺寸和形狀設(shè)計。其次,考慮熱電發(fā)電機在實際使用過程中會與環(huán)境發(fā)生對流和輻射換熱,開展了熱電發(fā)電機熱損影響分析。利用傳熱學(xué)理論和有限元方法,建立了穩(wěn)態(tài)環(huán)境下的新型共線式熱電發(fā)電機在側(cè)面散熱情況下的模型,得到了熱電發(fā)電機的溫度場,電勢場,應(yīng)力場,探究了不同強度的對流散熱系數(shù)對熱電發(fā)電機熱電性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,對流散熱使熱電發(fā)電機側(cè)面熱損失增加,降低熱電轉(zhuǎn)化效率,同時降低了熱應(yīng)力。最后,基于彈性理論及復(fù)合材料力學(xué),建立了功能梯度熱電材料三維有限元模型,對器件的熱電性能和力學(xué)性能進行數(shù)值模擬,得到了功能梯度材料在熱—電—結(jié)構(gòu)耦合下的熱電性能和應(yīng)力分布。通過改變梯度材料的梯度因子,系統(tǒng)地研究了不同形式梯度材料的性能表現(xiàn),給出了優(yōu)化設(shè)計方案。結(jié)果表明,功能梯度熱電材料比傳統(tǒng)均勻分段材料會有更佳的熱電性能和力學(xué)性能。
【圖文】：

（２）邐Ｐｅｌｔｉｅｒ邋效應(yīng)逡逑當(dāng)電流通過兩種導(dǎo)體連接的回路時，除了產(chǎn)生焦耳熱外，，在回路的接頭處還逡逑會出現(xiàn)吸、放熱的現(xiàn)象，稱為Ｐｅｌｔｉｅｒ效應(yīng)，如圖１－２。逡逑Ａ逡逑圖１－２邋Ｐｅｈｉｅｒ效應(yīng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｅｌｔｉｅｒ邋ｅｆｆｅｃｔ逡逑節(jié)點上的換熱量N嫌氳緦鞒燒齲矗哄義希眩校截ｅ澹叔危ǎ保玻╁義鮮街校骸校澹歟簦椋澹蟈迦齲ú唬�，＝辶x希鑠危校澹歟簦椋澹蟈逑凳ㄉ常冢村澹┗潁ǎ隋澹誨義希傘緦鰨ǎ叔澹�。辶x狹降繼褰油反崠嬖諞桓黿喲サ緋�，倒P┘擁牡緦饔虢喲サ緋》較螄嚳詞�，辶x賢獾繚純朔詰緋∽齬Γ母郊幽芰�，而諒T┠芰拷誚油反κ頭攀溝媒油反﹀義媳淙齲壞筆┘擁牡緦饔虢喲サ緋》較螄嗤�，絾靴稻p〗斡?xùn)V湓說綰�，而所袠E義系哪芰咳∽越油反Φ牟牧�，磦蝤蕼厦接头处变冷。辶x希ǎ常╁危裕瑁錚恚螅錚鑠逍в﹀義系鋇緦魍ü嬖謐盼露忍荻鵲木鵲繼迨�，壤_跡保�，道^逯諧瞬茍齲義匣掛棧蚍懦鋈攘

本文編號：2641799