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热电发电系统废热利用效率影响因素及提升方法

石峰  
【摘要】:在能源短缺与环境污染的时代背景下,热电发电技术作为一种重要的节能减排手段已经成为人们关注的重点,在多个领域中已有示范性应用。在热电技术应用的众多领域中,以汽车尾气废热回收利用为代表废热回收利用领域和以光伏-热电耦合为代表的新能源领域,普及范围较广、研究程度较深,具有较强的代表性。但由于热电材料性能优值较低,热电器件结构不够理想等原因,热电发电技术在实际应用中未能发挥最大效能。通过优化热电系统中冷热源换热能力使热电器件与其应用环境相互匹配,是解决该问题的重要思路之一。热电器件两侧有效温差是决定热电系统电能输出的重要因素之一。而通过调控热电系统冷热源与热电器件间的换热能力与系统内部界面间的传热能力可以有效地控制热电器件两侧间的实际温差。因此,本文搭建模拟汽车尾气废热回收利用系统与光伏-热泵-热电耦合系统,通过调节系统冷热源温度、换热工质流速以及热电器件与系统间接触热阻的方法,调控热电器件冷热端与系统间的换热能力,以期最大限度地提高热电器件两侧间有效温差,提升热电系统的发电性能。本文展开的研究工作主要结论如下:(1)通过调节系统冷热源换热工质温度、流速,可以有效地优化并提升热电器件与系统冷热两端的热量传递,进而提高了热电器件两侧温差、强化热电系统的电能输出。(2)减小热电器件任意侧与系统间的接触热阻皆可以提升系统的热电输出功率。减小热电器件与热端间接触热阻对热电器件输出功率提升幅度较大。(3)同时减小热电器件两侧与系统间的接触热阻,能够有效提高热电器件与两侧装置的热量交换能力,有利于提高热电器件两侧温差,提升热电系统的输出功率。但在热源热量有限的情况下,过于优秀的界面传热性能将使得热电器件热端吸收的能量以较快速度传递至环境,能源利用效率将降低,通过对比分析不同界面热阻的调控,阐明了热电器件输出性能与界面热阻之间的耦合匹配关系。


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