發(fā)布時間：2021-10-18 09:17

　　能源是當今世界經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎,對經(jīng)濟繁榮、民生改善和國家安全至關重要。能源的消耗會產(chǎn)生余熱,余熱的排放形式復雜,無法大規(guī)模有效利用,不僅造成能源的浪費,也與當前建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會發(fā)展需求不協(xié)調(diào)。為了解決能源消耗產(chǎn)生的余熱收集問題,國內(nèi)外通過研究智能材料間接轉換余熱而發(fā)電,形成了多種二次能源重復利用的技術與方法。本文將基于國家自然科學基金項目《壓電與形狀記憶合金復合型熱能發(fā)電技術與方法研究》,設計一種結合形狀記憶合金和壓電材料的優(yōu)點進行能量轉換的裝置。全文的研究內(nèi)容如下:1.設計一種利用兩種智能材料實現(xiàn)熱電轉換的機械結構。熱電轉換裝置的工作原理:形狀記憶合金受熱產(chǎn)生變形能帶動滑輪組連續(xù)轉動,在滑輪組旋轉的過程中沖擊輪撞擊壓電振子發(fā)生變形而發(fā)電。2.對本文熱電轉換裝置的沖擊輪的轉動進行分析。首先從受力角度分析形狀記憶合金絲帶動兩輪轉動的原因,然后通過研究形狀記憶合金絲在轉動過程中能量的吸收與釋放,對兩輪進行運動學分析,得出角速度隨時間的變化關系。其次結合動力學公式,計算沖擊輪在轉動過程中產(chǎn)生的沖擊力,確定使得兩輪能夠旋轉的半徑關系,當沖擊輪半徑為30mm時,結合驅(qū)... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

熱能的收集潛力壓電材料由于正壓電效應受力變形時

吉林大學碩士學位論文2本文將結合形狀記憶合金與壓電材料的優(yōu)點，設計一種通過Ni-Ti形狀記憶合金絲轉換熱能形成變形能，再以這種變形能驅(qū)動滑輪組轉動，在滑輪組轉動的過程中，使滑輪組中的沖擊輪撞擊壓電振子產(chǎn)生電荷成電能的熱電轉換結構，為小型余熱發(fā)電技術提供一種新思路。1.2熱發(fā)電技術研究概述目前，低等級熱能收集技術目前主要以下四種[3]：溫差發(fā)電、熱釋電發(fā)電、熱磁發(fā)電和熱彈性發(fā)電，如圖1.3所示。圖1.3四種低等級熱能收集技術1.2.1溫差發(fā)電1.溫差發(fā)電的原理溫差發(fā)電技術是一種利用半導體材料的熱電效應直接實現(xiàn)熱能向電能轉換的熱發(fā)電技術[4]。熱電材料的熱電效應是由電流引起的可逆熱效應和由溫差引起的電效應的統(tǒng)稱[5]，具體包括Seebeck效應、Peltier效應、Thomson效應，如圖1.4所示。溫差發(fā)電主要是采用了塞貝克（Seebeck）效應，1821年，德國物理學家Seebeck發(fā)現(xiàn)在兩種不同金屬構成的回路中，如果兩個接頭處的溫度不同，其周圍就會出現(xiàn)磁場[6]。進一步實驗之后，發(fā)現(xiàn)回路中有一電動勢存在，這種現(xiàn)象稱為Seebeck效應[7]，這種現(xiàn)象是溫差發(fā)電技術的理論基矗熱電材料可分為兩類：一類是以空穴遷移為主的P型熱電材料，另一類是以電子遷移為主的N型材料[8-9]�；谌惪诵臏夭畎l(fā)電需要將匹配的P型、N型熱電材料串聯(lián)成回路，在冷熱端溫差的作用下，構成的這種回路可以將熱能轉換為電能。溫差發(fā)電原理圖如圖所示1.5（a）所示，空穴和電子分別在P型和N型引腳中從熱側流向冷側，導致電流在外部電路中由P型引腳流向N型[10]，這種單個PN節(jié)的

第1章緒論3發(fā)電功率很低，溫差發(fā)電模塊是將多個單級PN節(jié)通過串并聯(lián)的方式集成為一個整體，如圖1.5（b）所示。圖1.4熱電效應：（a）Seebeck效應（b）Peltier效應（c）Thomson效應（a）（b）圖1.5溫差發(fā)電2.溫差發(fā)電的研究現(xiàn)狀溫差發(fā)電技術已經(jīng)廣泛應用于航空航天、工業(yè)余熱、汽車尾氣排放的熱能以及柔性及微小型溫差熱電等各個領域。ThermaWattTM蠟燭供電的TEG熱能收集裝置將蠟燭的熱能轉換為電能，如圖1.6所示。尺寸為89mm95mm95mm的ThermaWatt,在接近室溫時，輸出能量達到500-800mW。圖1.6蠟燭供電的TEG熱能收集裝置

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于形狀記憶合金的熱水發(fā)電裝置設計[J]. 盧潤生,吳堯,陰賀生,李勇,張澤平,李為昌,宋杰.  機械. 2016(10)
[2]溫差發(fā)電技術及工業(yè)余熱溫差發(fā)電系統(tǒng)設計研究[J]. 鮑亮亮,韓永輝,張永忠,孟慶森.  兵器材料科學與工程. 2015(02)
[3]我國形狀記憶合金研究與應用的新進展[J]. 楊冠軍,楊華斌,曹繼敏.  材料導報. 2004(02)
[4]熱電材料的研究進展[J]. 沈強,涂溶,張聯(lián)盟.  硅酸鹽通報. 1998(04)
[5]形狀記憶合金的本構關系[J]. 王健,沈亞鵬,王社良.  上海力學. 1998(03)
[6]NiTi形狀記憶合金絲焊接性研究[J]. 牛濟泰,張忠典,王蔚青,闞國麗,常樸懷,王儒潤,白奉臣,趙巖.  材料科學與工藝. 1995(04)
[7]形狀記憶合金與熱雙金屬片特性的比較[J]. 程飴萱,陳繼勤,李銘棠.  材料科學與工程. 1989(02)

博士論文
[1]中低溫余熱回收利用溫差發(fā)電系統(tǒng)研究[D]. 王統(tǒng)才.華東理工大學 2017
[2]風致壓電振動能量收集與存儲技術研究[D]. 龐帥.北京林業(yè)大學 2016
[3]磁力耦合壓電電磁復合俘能器發(fā)電特性研究[D]. 徐振龍.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[4]壓電式高頻疲勞試驗機的設計理論與試驗研究[D]. 接勐.吉林大學 2013
[5]LNG冷能利用與低溫半導體溫差發(fā)電研究[D]. 賈磊.中國科學技術大學 2006
[6]激光焊接NiTi合金的性能研究[D]. 閻小軍.大連理工大學 2006
[7]壓電式粘滑精密運動機構驅(qū)動理論與實驗研究[D]. 華順明.吉林大學 2005
[8]形狀記憶合金及其復合材料的本構關系[D]. 朱祎國.大連理工大學 2002

碩士論文
[1]形狀記憶合金與壓電復合型熱發(fā)電原理與方法研究[D]. 劉超.吉林大學 2018
[2]柔性熱釋電單元器件設計與制備[D]. 李航.電子科技大學 2018
[3]懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置發(fā)電性能研究及結構優(yōu)化[D]. 李小強.蘭州理工大學 2016
[4]液壓掘巖機的優(yōu)化設計和分析研究[D]. 趙會敏.合肥工業(yè)大學 2015
[5]工業(yè)余熱和汽車尾氣廢熱溫差發(fā)電回收利用技術的研究[D]. 鮑亮亮.太原理工大學 2015
[6]基于熱釋電、摩擦電效應的納米發(fā)電機及其應用的研究[D]. 冷強.重慶大學 2015
[7]形狀記憶合金海洋溫差能發(fā)電裝置的研究[D]. 楊軍.浙江大學 2015
[8]形狀記憶合金驅(qū)動的發(fā)電機構研究[D]. 高祥.中北大學 2014
[9]醫(yī)用NiTi絲的焊接工藝與性能研究[D]. 張怡.西安石油大學 2014
[10]成品規(guī)格≥2.0mm的冷復雙金屬工藝研究[D]. 徐亮.東北大學 2011



本文編號：3442573