本文關(guān)鍵詞：基于Voronoi圖方法的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)鍵理論及熱電耦合理論研究

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【摘要】：高效的熱電器件是熱電發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的核心,而熱電耦合效應(yīng)的精確模擬是熱電器件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作,并取得了巨大的進(jìn)展。但到目前為止,在宏觀層面,研究工作中采用的數(shù)值方法主要是以有限元理論為代表的基于傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的理論,該類方法在處理連續(xù)問(wèn)題時(shí)特別有效,但對(duì)于非連續(xù)場(chǎng)問(wèn)題則顯得有些乏力,如熱電器件在服役過(guò)程中可能出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。為此,本文采用近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)對(duì)熱電器件設(shè)計(jì)中極為關(guān)注的熱電耦合效應(yīng)進(jìn)行了分析,其主要研究?jī)?nèi)容如下。1.針對(duì)經(jīng)典近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)中存在的邊界效應(yīng)問(wèn)題,本文首次提出了一種基于Voronoi圖的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)鍵理論,該理論通過(guò)Voronoi圖的方法確定粒子在求解域中的體積及粒子間的作用面。這一新的鍵理論不僅可以很好地解決經(jīng)典近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)鍵理論中存在的邊界效應(yīng)問(wèn)題,同時(shí)還突破了其對(duì)材料泊松比只能為固定值的限制。2.借鑒上述基于Voronoi圖的鍵理論,建立了含Seebeck效應(yīng)以及Peltier效應(yīng)的傳熱鍵和導(dǎo)電鍵模型,以此為基礎(chǔ),結(jié)合高斯定理建立了含熱電效應(yīng)的熱電耦合近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論。隨后給出了在近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論中,熱電耦合場(chǎng)分析時(shí)可能出現(xiàn)的各種邊界條件的處理方法。3.詳細(xì)推導(dǎo)了熱電耦合分析的離散格式,建立了以系統(tǒng)矩陣為基礎(chǔ)的熱電耦合場(chǎng)分析方法,及針對(duì)各種邊界條件的處理方法。結(jié)合算例驗(yàn)證了熱電耦合近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論及數(shù)值方法的正確性。4.采用上述數(shù)值方法對(duì)熱電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了熱電器件的幾何特征及裂紋對(duì)熱電器件的發(fā)電效率的影響規(guī)律。對(duì)于完美器件來(lái)說(shuō),熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率主要取決于半導(dǎo)體截面積與頂部導(dǎo)流板的面積之比。
【關(guān)鍵詞】：近場(chǎng)動(dòng)力學(xué) 邊界效應(yīng) Voronoi圖 熱電耦合 熱電效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM61
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 熱電耦合問(wèn)題的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展9-10
• 1.3 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)10-13
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線13-15
• 第2章 基于Voronoi圖的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)鍵理論15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論及其存在的問(wèn)題15-20
• 2.2.1 傳統(tǒng)的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論簡(jiǎn)介15-16
• 2.2.2 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)中的本構(gòu)方程16-18
• 2.2.3 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)算法的缺陷18-20
• 2.3 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)算法的修正20-28
• 2.3.1 長(zhǎng)程力模型及平衡方程的修正20-22
• 2.3.2 基于Voronoi圖的數(shù)值算法22-26
• 2.3.3 算例驗(yàn)證26-28
• 2.4 小結(jié)28-29
• 第3章 含熱電效應(yīng)的熱電耦合近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 熱電耦合現(xiàn)象29-30
• 3.3 含熱電耦合現(xiàn)象的傳熱鍵與導(dǎo)電鍵30-31
• 3.4 熱電耦合問(wèn)題的平衡方程31-35
• 3.5 熱電耦合場(chǎng)中邊界問(wèn)題的特殊考慮35-40
• 3.6 小結(jié)40-41
• 第4章 熱電耦合近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)分析程序的實(shí)現(xiàn)41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 數(shù)值方案41-49
• 4.2.1 系統(tǒng)矩陣的建立41-46
• 4.2.2 邊界條件的引入46-49
• 4.3 數(shù)值計(jì)算流程49-50
• 4.4 程序有效性驗(yàn)證50-53
• 4.5 小結(jié)53-54
• 第5章 熱電器件發(fā)電效率的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模擬54-62
• 5.1 計(jì)算模型54-56
• 5.2 粒子密度敏感性考察56-57
• 5.3 計(jì)算結(jié)果及分析57-61
• 5.3.1 熱電器件溫度、電勢(shì)分布特性分析57-59
• 5.3.2 熱電器件模型尺寸其發(fā)電效率的影響59-61
• 5.4 小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62
• 6.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加過(guò)的主要科研項(xiàng)目69

【共引文獻(xiàn)】

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8 毛佳妮;實(shí)際熱電制冷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程研究[D];華中科技大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：1122905