發(fā)布時(shí)間：2020-04-15 18:08

【摘要】：低溫余熱回收技術(shù)是提高能源系統(tǒng)用能效率、緩解能源短缺以及減輕環(huán)境污染的有效途徑之一。但由于低溫余熱資源能量品質(zhì)低,導(dǎo)致其回收難度大,難以實(shí)現(xiàn)合理高效的回收利用。溫差發(fā)電技術(shù)可以將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?具有無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、無(wú)噪音、體積小、無(wú)污染物排放等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)低品位能源的有效利用。由于低品位熱源形式多樣,不同的熱源有著不同的特性,如何將熱量從低品位熱源高效地提取到溫差發(fā)電片中,是影響溫差發(fā)電性能的關(guān)鍵問(wèn)題。因此,有必要開(kāi)展溫差發(fā)電系統(tǒng)傳熱器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),提升低溫余熱資源與溫差發(fā)電系統(tǒng)之間的傳熱效率,從而提高溫差發(fā)電性能。熱管是基于蒸發(fā)冷凝相變傳熱原理的高性能傳熱裝置,將熱管技術(shù)與溫差發(fā)電技術(shù)相結(jié)合,可有效降低余熱回收過(guò)程中的熱量損失,提高溫差發(fā)電效率,進(jìn)一步拓寬溫差發(fā)電的應(yīng)用場(chǎng)所和領(lǐng)域。因此,本文設(shè)計(jì)并搭建了熱管式溫差發(fā)電性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái),重點(diǎn)分析了溫差發(fā)電片熱端的均溫性對(duì)整個(gè)溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電性能的影響,并設(shè)計(jì)了一套基于立體平板熱管的大功率溫差發(fā)電系統(tǒng)。綜上所述,本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)論如下:(1)設(shè)計(jì)并搭建了采用重力式平板熱管作為局部熱源熱擴(kuò)散裝置的溫差發(fā)電系統(tǒng),開(kāi)展了溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)研究,探究了在局部熱源作用下的平板熱管和黃銅板這兩種熱擴(kuò)散裝置溫度分布均勻性,研究了溫度的均勻性對(duì)溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能的影響,進(jìn)行了提升溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱效率進(jìn)而提升溫差發(fā)電性能的研究,分別采用平板熱管和黃銅板兩種性能不同的熱擴(kuò)散裝置進(jìn)行對(duì)比,分析了熱負(fù)荷、傾斜角度和局部熱源面積對(duì)溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電性能的影響,并從理論上分析了均溫性對(duì)溫差發(fā)電系統(tǒng)性能的影響。研究結(jié)果表明:與黃銅板相比,平板熱管具有更好的均溫性,均溫性的提高可以大大地提高溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能。此外,平板熱管還具有良好的適應(yīng)性,在不同傾斜角度或不同面積的局部熱源加熱下都能很好地工作,有利于熱管在溫差發(fā)電領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。(2)開(kāi)展了基于立體平板熱管的大功率溫差發(fā)電裝置發(fā)電性能的實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)調(diào)研并比較了幾種商用溫差發(fā)電片,選取了其中性能最好的溫差發(fā)電片,根據(jù)該發(fā)電片的熱端最高工作溫度,設(shè)計(jì)了一套外殼材料為不銹鋼、工質(zhì)為壬烷的立體平板熱管,首先對(duì)熱管的性能進(jìn)行測(cè)試,當(dāng)熱管均溫性達(dá)到預(yù)期后,加入溫差發(fā)電片,進(jìn)行溫差發(fā)電實(shí)驗(yàn),研究結(jié)果表明:充液率對(duì)立體平板熱管的性能有著重要影響,當(dāng)該重力式立體平板熱管的充液率為31.7%時(shí),熱管具有良好的均溫性能,在熱源加熱時(shí)能夠快速啟動(dòng),在啟動(dòng)過(guò)程中和啟動(dòng)完成后都具有良好的均溫性,并且熱管6個(gè)面上的平均溫度也很接近。在溫差發(fā)電片冷熱端溫差為148℃時(shí),整個(gè)系統(tǒng)可以發(fā)出487.4W的電能,此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換效率為3.99%。此外,隨著熱負(fù)荷的增加,熱管溫度的均勻性逐漸提升,隨著熱源溫度的升高,溫差發(fā)電的效率也隨之提高。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK172.4;TM913

【參考文獻(xiàn)】

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