本文關(guān)鍵詞： 熱防護(hù)系統(tǒng) 熱電轉(zhuǎn)換 多功能 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：集成熱電轉(zhuǎn)換功能的熱防護(hù)系統(tǒng)可將梯度熱能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存并利用,以減少機(jī)載電源系統(tǒng)的攜帶,可為未來(lái)高速飛行器的電能供給提供有效方案�？稍谝欢ǔ潭壬铣惺墉h(huán)境和利用環(huán)境,具有防隔熱、承力和熱電轉(zhuǎn)換功能,結(jié)構(gòu)效能高,是熱防護(hù)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。本文針對(duì)此新型熱防護(hù)系統(tǒng)開(kāi)展設(shè)計(jì)與分析。本文首先針對(duì)單個(gè)Bi2Te3熱電PN結(jié)進(jìn)行數(shù)值模擬,明晰了熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程中通過(guò)Seebeck效應(yīng)與Peltier效應(yīng)將熱物理場(chǎng)與電物理場(chǎng)耦合,推導(dǎo)了熱電轉(zhuǎn)換控制方程及輸出功率、轉(zhuǎn)換效率表達(dá)式,重點(diǎn)分析了溫差、結(jié)構(gòu)尺寸、負(fù)載電阻等對(duì)其開(kāi)路電壓、輸出功率、轉(zhuǎn)換效率的影響。利用Bi2Te3溫差發(fā)電片設(shè)計(jì)熱電轉(zhuǎn)換驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),對(duì)比了實(shí)驗(yàn)與模擬所得開(kāi)路電壓,結(jié)果表明熱電轉(zhuǎn)換數(shù)值模擬具有一定準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)了熱電嵌入式熱防護(hù)系統(tǒng),將熱電功能結(jié)構(gòu)貫通嵌入在熱防護(hù)系統(tǒng)隔熱框架中。根據(jù)其特征需求優(yōu)選材料,其中熱電功能結(jié)構(gòu)的冷端利用相變材料進(jìn)行溫控。為進(jìn)行整體系統(tǒng)性能分析,先通過(guò)數(shù)值模擬方法分析了相變材料等效熱物性,并利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了等效熱物性的正確性。為提高熱電功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率,充分利用熱電材料性能,采用多級(jí)分段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱電PN結(jié),選用了Ag Pb18Sb Te20、Pb Te、(Pb0.95Sn0.05Te)0.92(Pb S)0.08、Zn4Sb3、Bi2Te3等6種適用于不同溫度下的高性能熱電材料,以對(duì)稱(chēng)尺寸開(kāi)展整體熱電耦合分析,考察了結(jié)構(gòu)的比功率、質(zhì)量比功率等。針對(duì)熱電嵌入式熱防護(hù)系統(tǒng)開(kāi)展結(jié)構(gòu)效能優(yōu)化分析,同時(shí)兼顧發(fā)電效果與整體重量?jī)煞矫嫘阅�。結(jié)果表明,優(yōu)化后的熱電嵌入式熱防護(hù)系統(tǒng),其質(zhì)量比功率得到了明顯提高。設(shè)計(jì)了熱電層合式熱防護(hù)系統(tǒng),將熱電功能結(jié)構(gòu)層合于隔熱材料與相變材料之間,分析了不同隔熱、相變材料厚度對(duì)于熱電層合式熱防護(hù)系統(tǒng)性能的影響,建立熱電耦合、熱力耦合性能分析方法并得到結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)。綜合當(dāng)前的材料、工藝基礎(chǔ)與試驗(yàn)?zāi)芰?制備并加工熱防護(hù)系統(tǒng)組合樣件,采用燃?xì)饧訜崞脚_(tái),完成典型環(huán)境下防隔熱性能測(cè)試并考察熱電性能,驗(yàn)證概念設(shè)計(jì)原理。對(duì)比了熱電嵌入式與熱電層合式熱防護(hù)系統(tǒng),前者質(zhì)量比功率較后者高出兩個(gè)數(shù)量級(jí),具有更優(yōu)熱電性能。
[Abstract]:The thermal protection system with integrated thermoelectric conversion function can convert the thermal energy into electric energy for storage and utilization , so as to reduce the load of the airborne power supply system , and to provide an effective scheme for the electric energy supply of the future high - speed aircraft . A gas heating platform is adopted to test the heat insulation performance under typical environment and to investigate the thermal performance and verify the principle of the concept design . Compared with the thermal protection system of thermoelectric embedded and thermoelectric layers , the former has two orders of magnitude higher than that of the latter , and has better thermal performance .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V244.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 王浚;王佩廣;;高超聲速飛行器一體化防熱與熱控設(shè)計(jì)方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2006年10期

2 程文龍;韋文靜;;高孔隙率泡沫金屬相變材料儲(chǔ)能、傳熱特性[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2007年07期

3 Zhigang Chen;Guang Han;Lei Yang;Lina Cheng;Jin Zou;;Nanostructured thermoelectric materials:Current research and future challenge[J];Progress in Natural Science:Materials International;2012年06期

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1 鄒復(fù)炳;石蠟類(lèi)相變材料傳熱性能研究[D];上海海事大學(xué);2006年

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本文編號(hào)：1472015