分段式熱電器件是一種能夠有效提高熱電器件轉(zhuǎn)換效率的熱電器件類型。它采取將不同熱電材料較高的ZT值溫度區(qū)間組合的方式,實現(xiàn)相對傳統(tǒng)單一材料熱電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率和熱電輸出性能的提高。本文針對于分段熱電器件利用有限元分析方法,針對熱電輸出性能和可靠性,進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,希望為更多熱電器件的熱電性能和可靠性改善提供指導(dǎo)方向。首先,本文利用有限元分析方法,建立了適用于中溫條件下的熱-電耦合和熱-力耦合的計算模型,為提高熱電器件的熱電輸出性能和改善熱電器件的熱應(yīng)力打下了理論基礎(chǔ)。其次,借助COMSOL Multiphysics模擬分析軟件對中溫條件下的分段式熱電器件進行了數(shù)值模擬分析。主要對分段式熱電器件在穩(wěn)態(tài)條件下的不同熱電材料的熱電臂幾何尺寸、幾何形狀、陶瓷片厚度進行了性能影響的研究;并對分段熱電器件進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計,并與單一材料下的熱電臂進行了熱電性能的性能對比。結(jié)果表明,熱電臂的幾何尺寸、熱電臂的幾何形狀和陶瓷片的厚度對于分段器件的熱電輸出性能有著顯著影響。優(yōu)化后的模型尺寸為:熱電偶的p型熱電臂長寬高均為2 mm,n型熱電臂的長寬為1.5 mm、高為2 mm,陶瓷板的厚度為2 mm... 

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究的目的及意義
    1.2 研究背景
        1.2.1 熱電效應(yīng)概述
        1.2.2 分段器件材料的選擇:兼容性因子
    1.3 研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要工作
2 有限元方法下的熱—電和熱—力耦合計算模型
    2.1 熱電耦合解析模型
    2.2 熱-電耦合數(shù)值模型
    2.3 熱-力耦合模型
    2.4 本章小結(jié)
3 分段器件的性能研究
    3.1 問題的分析與模型的建立
        3.1.1 問題的分析
        3.1.2 模型的建立
        3.1.3 COMSOL MultiPhysics中的有限元解析模型
    3.2 計算結(jié)果與討論
        3.2.1 熱電臂尺寸對于分段器件的熱發(fā)電性能的影響
        3.2.2 熱電臂的形狀對于分段器件的熱發(fā)電性能的影響
        3.2.3 陶瓷片厚度對于分段器件的性能的影響
    3.3 本章小結(jié)
4 分段器件熱應(yīng)力的研究
    4.1 問題的分析與模型的建立
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 熱電臂的長度的對于分段式器件熱應(yīng)力的影響
        4.2.2 p/ n截面積相同,相同臂長的熱電臂不同截面積的熱應(yīng)力的影響
        4.2.3 p/ n截面積不同,相同臂長的熱電臂不同截面積的熱應(yīng)力的影響
        4.2.4 熱電臂的面長比λ對于熱應(yīng)力的研究
        4.2.5 陶瓷片厚度對于分段器件的影響
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]主要新能源發(fā)電替代減排的研究綜述[J]. 牟初夫,王禮茂,屈秋實,方葉兵,張宏.  資源科學(xué). 2017(12)



本文編號：3723917