發(fā)布時間：2020-04-26 19:06

【摘要】：熱電材料是一種能夠實現(xiàn)熱能和電能相互轉換的功能材料,在熱電發(fā)電、熱電制冷上具有應用。然而,熱電材料熱電轉化效率低的問題,使熱電器件在大規(guī)模應用上受到了限制。如何提高熱電性能、保證高溫條件下材料的力學可靠性成了熱電領域研究的關鍵問題。首先,建立了用于評估熱電材料及器件熱電性能和力學性能的三維有限元模型,在熱電性能方面,基于熱—電耦合計算,考慮了材料參數(shù)溫度依賴性的影響,探究了輸出功率、發(fā)電效率與電流的關系,研究了熱電腿尺寸和截面積對熱電器件輸出功率、發(fā)電效率的影響。通過改變熱電腿的結構尺寸,進而找到最佳的熱電腿高度和橫截面積,提高了熱電發(fā)電效率。在力學性能方面,基于熱—結構耦合計算,分析了熱電發(fā)電機的應力特性,重點研究了熱電腿尺寸和橫截面積、不同邊界約束方式的影響,提出了降低材料應力的優(yōu)化方法。綜合結果表明,關于熱電發(fā)電機的結構設計,在考慮熱電性能的最大化時,還應兼顧材料的力學可靠性;對特定的工況,存在最佳的尺寸和形狀設計。其次,考慮熱電發(fā)電機在實際使用過程中會與環(huán)境發(fā)生對流和輻射換熱,開展了熱電發(fā)電機熱損影響分析。利用傳熱學理論和有限元方法,建立了穩(wěn)態(tài)環(huán)境下的新型共線式熱電發(fā)電機在側面散熱情況下的模型,得到了熱電發(fā)電機的溫度場,電勢場,應力場,探究了不同強度的對流散熱系數(shù)對熱電發(fā)電機熱電性能和力學性能的影響。結果表明,對流散熱使熱電發(fā)電機側面熱損失增加,降低熱電轉化效率,同時降低了熱應力。最后,基于彈性理論及復合材料力學,建立了功能梯度熱電材料三維有限元模型,對器件的熱電性能和力學性能進行數(shù)值模擬,得到了功能梯度材料在熱—電—結構耦合下的熱電性能和應力分布。通過改變梯度材料的梯度因子,系統(tǒng)地研究了不同形式梯度材料的性能表現(xiàn),給出了優(yōu)化設計方案。結果表明,功能梯度熱電材料比傳統(tǒng)均勻分段材料會有更佳的熱電性能和力學性能。
【圖文】：

（２）邐Ｐｅｌｔｉｅｒ邋效應逡逑當電流通過兩種導體連接的回路時，除了產(chǎn)生焦耳熱外，，在回路的接頭處還逡逑會出現(xiàn)吸、放熱的現(xiàn)象，稱為Ｐｅｌｔｉｅｒ效應，如圖１－２。逡逑Ａ逡逑圖１－２邋Ｐｅｈｉｅｒ效應逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｅｌｔｉｅｒ邋ｅｆｆｅｃｔ逡逑節(jié)點上的換熱量N嫌氳緦鞒燒�饼x�即：辶x希眩校截ｅ澹叔危ǎ保�２）辶x鮮街校骸�—Ｐｅ�歟簦椋澹蟈迦齲ú唬�，＝辶x希鑠危校澹歟簦椋澹蟈逑凳�（沙Ｚ４邋）粷}ǎ隋澹�Ｕd義希傘�—稻岞崹Ｊ邋）。辶x狹降繼褰油反�粛栨哉浕更x喲サ緋�，倒P┘擁牡緦饔虢喲サ緋》較螄嚳詞�，辶x賢獾繚純朔�脑懢p∽齬Γ�消耗附加能量，而諒T┠芰拷�哉V油反κ頭攀溝媒油反﹀義媳淙齲壞筆┘擁牡緦饔虢喲サ緋》較螄嗤�时，絾靴稻p〗�参訓V湓說綰�，而所袠E義系哪芰咳∽越油反Φ牟牧希�磦蝤蕼厦接头处变冷。辶x希ǎ常╁危裕瑁錚恚螅錚鑠逍в﹀義系鋇緦魍ü�存灾k盼露忍荻鵲木�赠o繼迨�，壤_跡保�３，道^逯諧�了产生狡堹三x�辶x匣掛�吸蕳ｒ放出热�

本文編號：2641799