半导体温差发电器件应用探讨

讨论了国内外半导体温差发电器件的发展状况,及需要改进的问题。包括器件种类,各种器件适用的领域。分析认为,半导体温差发电器件因其能够将低温废热直接转化为电能,而具有良好发展前景。     

温差发电器的传热特性分析与实验研究

采用热网络分析法分析了温差发电器冷端采用空气自然对流、强制对流以及水冷等3种不同散热方式时的传热特性,并进行了实验研究.结果表明:与空气自然对流相比,空气强制对流和水冷散热方式强化了散热器翅片与环境之间的传热,降低了发电器冷端的温度和热阻,发电器中的主要热阻由自然对流时的散热器翅片与环境间的对流换热热阻变为温差电组件与...     

非对称热阻对温差发电器性能的影响

为了优化温差发电器的热阻,并提升其性能,研究了温差发电器两端热阻不同时的输出性能变化.利用不同导热系数和厚度的外陶瓷基板,模拟了温差发电器两端热阻,分析了两端热阻相同与不同两种情况下,温差、开路电压、输出功率随热源温度和负载电阻的变化规律.研究结果表明：温差发电器两端热阻相同时,其温差和开路电压随热源温度的增加而增加;两端热阻不同时,其开路电压和最大输出功率随热源温度的增加而增加;随着负载电阻的增加,有效温差也逐渐增加,功率则呈先增加、后减少的趋势;以两端热阻相同时温差发电器的性能数据为基准值,热端采用较小热阻的陶瓷基板更有利于提升温差发电器性能,且在最大输出功率附近性能提升效果更为明显,开路电压、最大输出功率和有效温差最大值分别增加了0.64 V、0.87 W和24.5℃.     

球形温度场对平面温差发电器热电计算模型的影响

为了解决现有热电模型不能计算球形温度场中平面温差发电器热电输出的问题,建立了球形温度场中平面温差发电器的热电输出计算模型。仿真测试表明,建立的球形温度场中平面温差发电器输出模型的计算误差不超过10%。基于所建模型,研究了形成球形温度场的点热源的位置变化对平面温差发电器热电输出的影响。结果表明,增加点热源与温差发电器热端的距离,平面温差发电器输出的电流和功率大致呈指数规律减小;增加点热源与温差发电器的位置偏角,平面温差发电器输出的电流和功率大致呈抛物线规律减小。     

半导体温差发电器的输出功率

应用非平衡态热力学理论，并从热传导方程出发，分析傅里叶热流、焦耳热和汤姆孙热等因素对半导体温差发电器性能的影响，导出发电器的输出功率一般表示式，探讨最大输出功率及其有关的优化条件．得到一些有意义的新结论．     

开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR—CD研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性，分析了开缝翅片厚度对换热器压降、换热特性的影响，并用场协同理论分析了计算结果．得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度存在最佳值等结论，为优化新型管翅式换热器提供参考．同时，将模拟计算结果与实验结果加以比较．结果表明，数值模拟与实验结果基本吻合．     

盘管换热的数值模拟

本文应用CAD建立盘管换热模型,利用流体计算软件FLUENT对盘管换热后容器内部的温度场、速度场、压力场进行仿真计算模拟,从改变容器的入口速度、盘管的入口速度、容器容积的大小与容器入口温度等初始条件的角度进行数值计算分析。通过计算分析可知：盘管的进出口温差随着容器的入口速度的增大平稳上升;盘管的进出口温差随着盘管入口的速度的增大先缓慢下降,再平稳上升,依照此规律逐渐变化。上述计算结果,可为以后有关盘管换热问题的计算具有指导意义。     

旋转带肋回转通道流动换热数值模拟

为进一步了解涡轮动叶旋转内冷通道的流动换热规律,选取动叶内通道的相似放大模型进行实验和数值模拟研究。通道进口雷诺数为17 000,3个出口的流量分配比为1∶2∶1,旋转半径与水力直径比为46.4,旋转数分别为0和0.09。静止实验测量了沿程静压系数和努赛尔数(Nu)分布,三维数值模拟了旋转通道内部涡结构对流动换热的影响。结果表明:旋转造成通道涡偏移,改变了速度场分布,使哥氏力指向的壁面附近流速增加;旋转离心力使径向出流沿程静压系数逐渐增加,径向入流沿程静压系数迅速降低;肋扰流涡使沿程展向平均Nu呈多波峰状分布;转弯回流涡使得转弯下游通道的Nu不对称分布;旋转促使内通道的流体偏向哥氏力指向的壁面,增加了径向出流压力面和径向入流吸力面的Nu。     

重力场下细微循环通道内热驱动换热的数值模拟

采用数值模拟方法,比较了重力场下4种细微循环通道内的热驱动换热现象.4种通道都是一端加热,一端冷却,利用彻体力场下流体的热驱动来实现换热.研究表明,4种循环通道具有相同的热驱动换热规律,并且随着循环通道的增加,热驱动换热能力逐渐增强.因此,将微小循环通道换热运用于涡轮叶片的冷却时可以考虑采用多循环通道,利用流体的自适应性来增强换热.     

矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟

在等壁温边界条件下对矩形微细通道速度滑移区的对流换热进行了二维数值模拟、在一阶速度滑移和温度跳跃的边界条件下，计算出了通道内的速度和温度以及压力分布。比较了不同克努森数Kn对于滑移速度和跳跃温度的影响。结果表明，由于气体的稀薄性，压力呈现更加线性化减小的趋势，随着Kn的增加，通道入口与出口处的滑移速度和跳跃温度至现增加的趋势。在通道入口附近，气流速度和温度变化剧烈，而在出口处截面平均流速和温度随加的增加而降低．     

教学型温差发电演示仪的设计与制作

设计并制作了一种简单的教学型温差发电演示仪。演示仪由水和半导体发电片组成温差发电部分,利用冷水与热水之间的温差发电;由温度表和电压表组成测量部分,研究温差与电势之间的关系;由小风扇、LED和电珠组成效果演示部分。本设计原理简单,结构清晰,演示效果明显。教学实践中也很受学生的喜爱。     

利用太阳能的半导体温差发电系统

目前家用太阳能发电系统多用铅蓄电池储能,由此带来了成本高、维护频繁、铅污染等问题.本文提出将半导体温差发电技术同太阳能集热技术结合,通过一种廉价、清洁的储能方式利用太阳能,制作了系统模型,进行了实验,并讨论了该系统的可行性.     

串联连接半导体温差发电器的解析模型

为了准确表述串联连接半导体温差发电器的输出性能,根据热力学理论、半导体热电理论和能量守恒定律,通过理论分析和计算,建立了串联连接半导体温差发电器的解析模型,得到串联回路电压、电流和输出功率的近似表达式.为验证得到的模型,搭建了一个试验平台,测试了由2个分别工作在不同冷热端温度的温差发电器组成的串联回路的输出性能.研究结...     

接触压力对温差发电系统性能的影响

基于自行搭建的温差发电系统性能测试平台,以温度、开路电压、内阻、最大输出功率作为性能参数,研究接触压力对温差发电系统性能的影响规律.研究结果表明:在温差发电系统冷、热端温度均相同的情况下,接触压力增大,则系统开路电压和最大输出功率增大,但增大的幅度随压力的增大而逐渐减小;在温度一定的情况下,接触压力的大小对温差发电片内部的接触电阻影响不大;接触压力对温差发电系统冷、热端温度的瞬态响应特性影响不大,但对系统开路电压的瞬态响应特性影响很大,接触压力增大,则开路电压的瞬态响应速率加快.研究结果证明接触压力对温差发电系统的性能具有显著的影响.     

排风热回收换热器性能的数值研究

为研究通道结构及流速对换热器性能的影响,建立了150 mm×150 mm排风热回收换热器的三维物理模型。分别针对五种不同通道结构的换热器,通过Fluent软件研究其(模型0流动及传热特性,模拟了速度场及温度场,分析了通道结构和进口流速改变,换热器的换热效率和压降的变化规律。结果表明,中间无支撑板的情况下,换热效率最好,且压降也是最小。对于矩形通道,随长宽比的增加,换热热效率略有提高,压降有所减小,其整体性能仅次于无支撑板结构。三角形通道的换热效率明显低于其它几种通道形式,且压降最大。     

新型半导体温差发电系统的研究

温差发电可将热能直接转化为电能,即使在只有微小温差存在的情况下也能应用,是适用范围很广的绿色环保型能源。本文研究了半导体温差发电器的基本原理,介绍了一种新型的半导体温差发电模块,对其性能进行了研究,并在此基础上构建了一套小型发电系统。分析了发电模块的不同串并组合矩阵的输出功率,设计了为蓄电池充电的稳压充电电路,并使设计的模块矩阵与蓄电池稳压充电电路匹配,使其输出功率达到最大。     

分离式微通道热管低风量下换热性能模拟研究

为了降低数据中心的运行能耗,分离式热管冷却系统会根据实际负载降低风扇转速,造成换热性能的衰减. 为了对低风量和低负载下分离式微通道热管的换热性能进行研究和分析,建立了适用于预测低风量下分离式微通道热管换热性能的一维稳态模型,并与试验结果对比,验证了模型的准确性,其最大预测平均偏差为6.3%. 利用该模型研究了运行参数对分离式微通道热管的换热性能和数据中心热安全的影响. 不同风量下,服务器排风温度从27 ℃上升至39 ℃时,系统换热量均有超过60%的提升;冷冻水供水温度从6 ℃提升至18 ℃会导致系统换热量最高下降41.8%. 在200～1 400 m3/h风量下,增加蒸发器和冷凝器的高度差可有效提升系统换热量和制冷剂质量流量,风量越大,换热量增长率越高. 但在相同风量下,随着高度差的逐渐增大,换热量增长率逐渐降低. 研究结果对分离式微通道热管在数据中心的设计优化和节能运行有一定促进作用.     

热通道玻璃幕墙热工性能的CFD数值模拟

针对某一熟通道玻璃幕墙的热工性能,借助Fluent软件,进行CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟,并将得出的模拟结果与实际测试值进行比较.模拟结果和实际测试值有很好的吻合度,验证了该模拟方法的正确性.     

半导体温差发电器的热力学准则和性能参数

应用非平衡态热力学和有限时间热力学理论,导出了半导体温差发电器输出功率和效率的一般表达式;兼顾输出功率和效率,给出了半导体温差发电器优化性能的热力学准则;分析了效率随塞贝克系数与汤姆孙系数之比的变化,指出塞贝克系数与汤姆孙系数之比是半导体温差发电器的一个重要性能参数.     

扩缩通道内流动和换热非线性特性的数值模拟

对扩缩通道内流动与换热进行了数值模拟并探讨了其中的非线性特性.通过对不同突扩比ER、不同长宽比AR及不同雷诺数Re下通道内流场和温度场进行分析,给出在一定工况下对称通道内流体的流动和换热会出现偏斜等非线性现象的情况.数值模拟结果表明,存在临界雷诺数Rec使流体流动和换热形态发生转变,当Re超过Rec时,流体流动和换热不仅有对称解,还有非对称解;当Re继续增大时,流体流动和换热出现振荡.通道的几何尺寸及后缩段(表现为ER及AR)都对Rec产生影响.分析结果表明,当Re超过临界雷诺数Rec时,同一截面处上下壁面的局部努塞尔数Nu也由对称向非对称转变,上下壁面出现最大局部Nu的位置也不同.