本文關(guān)鍵詞：高熱流密度下熱流均勻度對熱電器件熱應力的影響

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【摘要】：太陽能熱電發(fā)電技術(shù)是一種新型的能源供應技術(shù),具有清潔無污染、無運動部件、體積小、工作可靠、壽命長、無噪音等優(yōu)勢。熱電器件作為太陽能熱電發(fā)電的核心部件,保證其使用壽命是實際中非常重要的問題。為了提高太陽能熱電發(fā)電系統(tǒng)的效率,通常會增加熱電器件冷熱端的溫差,這必然導致熱電器件熱應力增加,最終會降低熱電器件的使用壽命。并且,熱電器件采用高聚光比的菲涅爾透鏡以獲得高熱流密度,高聚光比會產(chǎn)生熱電器件熱端加熱不均勻,同樣會影響到熱電器件的效率以及降低使用壽命。論文結(jié)合以上兩個太陽能熱電系統(tǒng)實際中出現(xiàn)的問題,研究了熱電器件熱端表面非均勻加熱對熱電器件熱應力分布的影響,為盡量延長熱電器件的使用壽命提供了有力支持。論文首先結(jié)合太陽能熱電器件的實際工作狀況確定熱電模型的材料參數(shù)和邊界條件,建立了由18對熱電偶組成的熱電器件模型。分析了加熱均勻度對最高溫度以及最大熱應力的影響,分析結(jié)果表明:加熱均勻度與最高溫度以及最大熱應力呈負相關(guān)性,并且隨著加熱均勻度的降低熱電器件的熱應力的增加越來越劇烈,高熱應力的分布也越來越集中。但是當加熱均勻度超過70%后,加熱均勻度對熱應力的影響顯著減小。因此,高的加熱均勻度對于延長太陽能熱電發(fā)電系統(tǒng)熱電器件的壽命非常有利。同時考慮到實際情況,太陽能熱電系統(tǒng)熱電器件加熱均勻度大于70%即可接受。其次,分析了熱電器件在不同加熱均勻度下熱應力分布集中的區(qū)域以及分布的規(guī)律。結(jié)果表明:在所有的非均勻加熱熱流密度形式下,熱電器件的最易破壞區(qū)域都出現(xiàn)在相同的位置,即中心區(qū)域熱端氧化鋁陶瓷基片與銅導流基片和熱電偶臂邊緣的連接處。最后,分析了熱電器件熱端表面施加球面熱流密度和高斯熱流密度對溫度分布和熱應力分布的影響。結(jié)果表明:兩種熱流密度的溫度和熱應力曲線具有相似的規(guī)律,即隨著加熱均勻度的不斷減小,熱電器件的最高溫度和最大熱應力不斷增大。同時由于球面熱流密度分布和高斯熱流密度分布模型中加熱均勻度的變化較小,因此兩者的最高溫度和最大熱應力的變化曲線趨勢受到熱電器件變物性參數(shù)的影響比較顯著。
【關(guān)鍵詞】：熱電器件 非均勻度 數(shù)值模擬 熱應力
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 主要符號表8-11
• 1 引言11-24
• 1.1 研究背景及研究意義11-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3 本文的研究目的和主要內(nèi)容22-24
• 2. 熱電發(fā)電基本理論及模型熱應力數(shù)學模型224-34
• 2.1 熱電發(fā)電基本理論24-26
• 2.2 熱電器件的物理模型26-29
• 2.3 熱電器件的數(shù)學模型和邊界條件29-32
• 2.4 計算方法和網(wǎng)格獨立性檢驗32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 加熱均勻度對熱電器件的影響34-54
• 3.1 熱電器件的溫度分布34-37
• 3.2 熱應力結(jié)果37-40
• 3.3 熱電器件橫向與縱向截面上的熱應力分布40-45
• 3.4 加熱功率對熱電器件最高溫度以及最大熱應力的影響45-47
• 3.5 加熱均勻度對熱電器件最高溫度與最大熱應力的影響47-48
• 3.6 銅片邊緣與氧化鋁陶瓷接觸線上的溫度梯度分布和熱應力分布48-50
• 3.7 熱電器件線 1，線2上的溫度梯度和熱應力分布結(jié)果50-53
• 3.8 本章小結(jié)53-54
• 4 非均勻熱流密度對熱電器件的影響54-65
• 4.1 熱電器件熱端表面加載球面分布熱流密度54-59
• 4.2 熱電器件熱端表面加載高斯分布熱流密度59-64
• 4.3 本章總結(jié)64-65
• 5 總結(jié)與展望65-68
• 5.1 本文的主要結(jié)論以及創(chuàng)新點65-66
• 5.2 對未來工作的展望66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-74
• 附錄1作者攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文74-75
• 附錄2作者攻讀碩士學位期間參與的科研項目75

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本文編號：629335