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《大连理工大学》 2006年
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低品位热源半导体小温差发电器性能研究

钱卫强  
【摘要】:本文查阅了国内外关于半导体温差发电方面的大量文献和书籍,介绍了温差发电的相关原理、历史,以及当前的最新研究进展和应用。温差电效应是半导体温差发电的理论基础,本论文对其基本原理进行了较详细的说明,尤其是对与塞贝克效应紧密联系的温差发电过程作了清晰的阐述。在此基础上,针对已有的研究中一般都把温差电材料特性参数(塞贝克系数α、电导率σ、热导率λ)简单地作为常数来分析处理的情况,本文通过实验方法测定了目前室温附近最常用的Bi_2Te_3基半导体材料从0℃附近到200℃附近材料特性参数的数值,得到了随温度变化的拟合关系式,这对于进一步的理论研究是一种有益的探索。 作为论文主要部分之一的实验研究部分,作者依照温差发电的基本原理设计并搭建了小温差下利用低品位热源发电的实验平台。在该实验平台上,本文完成了多工况下不同温差的发电器性能研究,得到了可靠的实验数据,并总结出了一系列温差发电器的运行规律。为了验证这些由实验得到的发电规律,本文从非平衡态热力学理论出发,对实验所采用的发电模块(商用温差制冷模块TEC1-12703),以MATLab为平台,自行编程进行了数值模拟。在数值模拟过程中,本文把模块两端的陶瓷片部分亦考虑进去(这在国内外文献上尚无此方面的相关报道),采用有限差分及迭代等方法,得到了一定工作条件下,模块的温度场分布和发电性能等诸多内在的数量关系。最后选取一些典型温度工况,把数值模拟结果和实验结果进行了相互对比,验证表明,数值分析结果和实验数据吻合较好。 本文通过对低品位热源半导体小温差发电器性能的研究,总结了电动势、内阻,及输出功率等发电性能参数随外电路、温度工况、几何尺寸等因素的变化规律,进而还对在工程实际应用上更有意义的多模块串、并联情况下的发电性能进行了初步探讨,由此取得了一些有益的结论,从而为半导体小温差发电器在回收低品位热源的热能方面提供了某些具有实用价值的可行方法。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TM913

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