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半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真

王长宏 林涛 曾志环

半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真

王长宏, 林涛, 曾志环
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  • 本文提出一种新型的半导体温差发电模型,在温差发电过程的数值模拟中考虑了热电单元之间封闭腔体内空气传热的影响.同时进一步运用有限元的数值计算方法对不同电臂对数和不同型号温差发电模型的温度场、电压场进行了数值仿真计算,并对仿真结果进行分析.结果表明:采用127对热电单元模型计算的能量转换效率随冷热端温差增大而迅速提高,与采用1对热电单元模型计算的能量转换效率之差从冷热端温差为20℃的0.39%提高到冷热端温差为220℃时的5.16%,能量转换效率比1对热电单元平均高出3.02%. 冷端温度恒定在30℃时,温差发电芯片的输出电压、功率以及能量转换效率均随着电偶臂的横截面积的增大而提高,且电偶臂冷热两端的温差越大提高幅度也越大,而温差发电芯片内阻则与电偶臂横截面积成反比关系,当温差为220℃时对应的输出功率最高达28.9 W.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(NO.51306040)资助的课题.
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    Dr. Terry Hendricks 2006 Engineering Scoping Study of Thermoelectric Generator Systems for Industrial Waste Heat Recovery Pacific Northwest National Laboratory William T. Choate BCS, Incorporated [chapter1]

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-22
  • 修回日期:  2014-05-28
  • 刊出日期:  2014-10-05

半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真

  • 1. 广东工业大学材料与能源学院, 广州 510006;
  • 2. 国电中山燃气发电有限公司, 中山 528437
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年科学基金(NO.51306040)资助的课题.

摘要: 本文提出一种新型的半导体温差发电模型,在温差发电过程的数值模拟中考虑了热电单元之间封闭腔体内空气传热的影响.同时进一步运用有限元的数值计算方法对不同电臂对数和不同型号温差发电模型的温度场、电压场进行了数值仿真计算,并对仿真结果进行分析.结果表明:采用127对热电单元模型计算的能量转换效率随冷热端温差增大而迅速提高,与采用1对热电单元模型计算的能量转换效率之差从冷热端温差为20℃的0.39%提高到冷热端温差为220℃时的5.16%,能量转换效率比1对热电单元平均高出3.02%. 冷端温度恒定在30℃时,温差发电芯片的输出电压、功率以及能量转换效率均随着电偶臂的横截面积的增大而提高,且电偶臂冷热两端的温差越大提高幅度也越大,而温差发电芯片内阻则与电偶臂横截面积成反比关系,当温差为220℃时对应的输出功率最高达28.9 W.

English Abstract

参考文献 (24)

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