本文關(guān)鍵詞：“層疊式”熱電器件的熱-應(yīng)力-發(fā)電性能研究

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【摘要】：近30年以來,由于人們愈加認識到傳統(tǒng)能源的非可持續(xù)性和污染性,關(guān)于各種新能源和清潔能源的研究都蓬勃開展起來。溫差電技術(shù)利用溫差條件下晶格中載流子和聲子運動以及所伴隨的能量和電荷轉(zhuǎn)移的特性進行熱能和電能的轉(zhuǎn)換。熱電技術(shù)由于其運行安靜可靠、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用壽命長、無污染物排放、適應(yīng)范圍廣、對熱源品質(zhì)要求低等特點,在制冷、航空航天、汽車廢熱、溫度測量、微小型電源等應(yīng)用方面取得了廣泛的應(yīng)用,隨著熱電發(fā)電效率的進一步提高,熱電技術(shù)將會有更廣泛的應(yīng)用前景。本文將在綜述熱電發(fā)電的發(fā)展概況、運行機理和應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上,建立了了熱電傳熱和發(fā)電的數(shù)學(xué)模型。利用數(shù)值計算方法重點分析和研究了單層熱電模塊的傳熱-發(fā)電-應(yīng)力耦合模型。在熱電方面,比較了電偶臂對數(shù)、物性參數(shù)變化、加熱集中度、聚熱層厚度、錫焊材料厚度對熱電模塊工作的影響,提出了提高熱電器件發(fā)電效率的設(shè)計辦法;在熱結(jié)構(gòu)部分,重點研究了聚熱層厚度、電偶臂間距、銅片厚度、錫焊材料厚度和多層熱電結(jié)構(gòu)布置對熱應(yīng)力的影響,提出了降低材料內(nèi)應(yīng)力水平的辦法。本文根據(jù)目前高熱流密度下熱電器件的發(fā)展要求,提出了在高熱流密度下利用層疊式熱電模塊提高其發(fā)電效率的優(yōu)化設(shè)計方法,利用數(shù)值模擬的辦法測試了這種方法設(shè)計的熱電模塊在均勻和非均勻,穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)熱流邊界條件下的輸出特性,提出了保證其發(fā)電效率和可靠性的辦法。在本文的結(jié)尾,介紹了本文研究的新發(fā)現(xiàn),同時也列出了研究中需要改進的地方。本文從理論分析和數(shù)值計算的途徑,對熱電模塊進行了分析和改進。本文的研究著眼于熱電模塊的發(fā)電應(yīng)用,比較全面的給出了熱電研究和發(fā)展的面貌,分析了其發(fā)電機理,建立了傳熱模型,提出了數(shù)學(xué)設(shè)計和優(yōu)化辦法,在提高熱電材料發(fā)電效率的同時,保證其可靠性,對于以后的熱電模塊設(shè)計,本文將是一個很好的參考。
【關(guān)鍵詞】：熱電材料 熱電發(fā)電 效率 熱應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM913
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 熱電發(fā)電和制冷技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-25
• 1.3 本文研究的必要性25-27
• 第二章 熱電發(fā)電技術(shù)的機理27-47
• 2.1 傳熱基本原理27-29
• 2.2 熱電效應(yīng)29-33
• 2.3 熱電材料33-39
• 2.4 熱應(yīng)力的產(chǎn)生39-42
• 2.5 數(shù)值計算方法42-47
• 第三章 熱電發(fā)電數(shù)學(xué)模型47-54
• 3.1 理想一維熱電模塊47-49
• 3.2 層疊式熱電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化49-54
• 第四章 不同熱流分布對熱電發(fā)電模型的影響54-67
• 4.1 熱電發(fā)電模型54-67
• 第五章 熱電模塊熱應(yīng)力模型67-82
• 5.1 熱應(yīng)力模型67-82
• 第六章 總結(jié)和展望82-89
• 6.1 本文的工作82-86
• 6.2 熱電發(fā)電技術(shù)的展望86-89
• 致謝89-90
• 參考文獻90-95
• 附錄 1：作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文95-96
• 附錄 2：作者攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目96

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本文編號：1020622