【摘要】：人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中的能源消耗產(chǎn)生的余熱,以廢熱氣、廢熱水等形式排出,排放形式復(fù)雜,無法大規(guī)模有效利用,不僅浪費(fèi)大量能源,也污染環(huán)境,與當(dāng)前低碳環(huán)保、節(jié)能降耗的社會(huì)發(fā)展要求并不協(xié)調(diào),亟待加以改變。如今以壓電、靜電、形狀記憶合金等智能材料為主的小型的以轉(zhuǎn)換余熱而發(fā)電的研究廣泛開展起來,形成多種二次能源的重復(fù)利用技術(shù)與方法,顯示出蓬勃發(fā)展的大好局面。而現(xiàn)今,還沒有出現(xiàn)太多將兩種或兩種以上的智能材料相結(jié)合進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的案例。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《壓電與形狀記憶合金復(fù)合型熱能發(fā)電技術(shù)與方法研究》(項(xiàng)目編號(hào):51707081)展開研究工作,提出一種將形狀記憶合金與壓電材料相結(jié)合的熱電轉(zhuǎn)化裝置,結(jié)合兩種智能材料的優(yōu)點(diǎn),以形狀記憶合金轉(zhuǎn)換熱能為機(jī)械能、再以機(jī)械能促動(dòng)壓電振子變形(或振動(dòng))進(jìn)而發(fā)電,本文重點(diǎn)研究它們在系統(tǒng)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、能量轉(zhuǎn)換、電能的收集與存儲(chǔ)等方面的基本理論,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為小型余熱性發(fā)電技術(shù)提供一種新思路或新方法。本文的具體研究內(nèi)容如下:設(shè)計(jì)了形狀記憶合金與壓電材料相結(jié)合的熱電轉(zhuǎn)化裝置,探討了其工作原理,將熱電轉(zhuǎn)化裝置分成兩大部分:機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和能量采集電路。根據(jù)形狀記憶合金和壓電材料的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出將形狀記憶合金絲通過夾具固定在壓電振子兩端的熱電轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu);根據(jù)壓電發(fā)電的特性,采用由全橋整流電路和電容相結(jié)合的電路作為本文的能量采集電路。分析形狀記憶合金特性,根據(jù)本構(gòu)方程得出形狀記憶合金在不同載荷下的力學(xué)性能。通過實(shí)驗(yàn)的方法確定形狀記憶合金加熱時(shí)的形變響應(yīng)快慢,并根據(jù)其加熱形變響應(yīng)速率,討論由形狀記憶合金絲驅(qū)動(dòng)壓電懸臂梁進(jìn)行發(fā)電的可行性。根據(jù)壓電懸臂梁的形變特性,得到不同載荷下壓電懸臂梁發(fā)電的理論模型,通過理論模型,分析出影響壓電懸臂梁發(fā)電能力的各個(gè)因素。根據(jù)形狀記憶合金的形變特性得出壓電懸臂梁理論上的發(fā)電情況建立壓電懸臂梁的三維模型,根據(jù)實(shí)際懸臂梁的固定方式、載荷種類、載荷大小等對(duì)壓電振子進(jìn)行仿真,得到理想情況下的壓電懸臂梁產(chǎn)生形變時(shí)所發(fā)電量。制作熱電轉(zhuǎn)化裝置樣機(jī),通過實(shí)驗(yàn),得出熱電轉(zhuǎn)化裝置在受熱時(shí)的發(fā)電情況。用該裝置通過能量采集電路對(duì)儲(chǔ)能元件充電,觀察充電次數(shù)與儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存電量之間的關(guān)系。根據(jù)熱電轉(zhuǎn)化裝置設(shè)計(jì)能夠在現(xiàn)實(shí)條件下進(jìn)行持續(xù)的熱電轉(zhuǎn)化的連續(xù)發(fā)電裝置,并進(jìn)行連續(xù)發(fā)電實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,連續(xù)熱電轉(zhuǎn)化裝置能在40min內(nèi)產(chǎn)生6.125′10~(-3)J的電能,相當(dāng)于遙控器按鍵12次所需要的電量。 【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM617;TG139.6

【圖文】：

熱能為機(jī)械能、再以機(jī)械能促動(dòng)壓電振子法，研究它們在系統(tǒng)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、能基本理論與關(guān)鍵科學(xué)問題，為小型余熱性技術(shù)研究概述轉(zhuǎn)化的方式主要有三種：溫差發(fā)電技術(shù)[6-0]。1]主要是由于塞貝克效應(yīng)[12]。圖 1.1 是塞貝同的材料，當(dāng)處在一個(gè)有溫度差 T 的環(huán)境克電動(dòng)勢abE 。根據(jù)這一原理可以制作能夠

圖 1.2 溫差發(fā)電原理示意圖① 深空探測器供電裝置深空探測由于受環(huán)境特殊、資源緊缺、空間狹小等條件的限制，其對(duì)供電的要求比較苛刻，電能的供給需要使用壽命長、可靠性高，，而溫差發(fā)電器正好滿足所需條件。深空探測器用溫差發(fā)電系統(tǒng)只能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為電能，其本身并不能產(chǎn)熱，給該系統(tǒng)提供熱能的是能量來源充足且溫度較高的放射性同位素。圖 1.3 為放射性同位素溫差發(fā)電系統(tǒng)剖面圖。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2712159