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半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TM619[电气工程—电力系统及自动化]
  • 作者机构:[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
  • 相关基金:国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51306040)资助的课题
中文摘要:

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.

英文摘要:

This paper presents an improved model of thermoelectric power generation, taking into consideration the effect of air heat transfer in a closed cavity between the thermoelectric couples. We have used the ANSYS software, under the condition of different numbers of thermoelectric couples and different models, to simulate numerically and analyze the temperature field and, the voltage field of thermoelectric power generation. Results show that the energy conversion efficiency of 127 pairs of thermoelectric couples increases rapidly as the temperature gradient between the hot and cold ends increases as compared with 1 pair of thermoelectric units; it is enhanced from 0.39% to 5.16% at an average of3.02% while the temperature gradient varies from 20℃ to 220℃. The output voltage of the chip, power, and energy conversion efficiency would increase as the cross-sectional area increases while the cold junction temperature stays at 305℃, and the cold arm galvanic greater the temperature difference across the greater the increase rate, and thermoelectric power generation chip resistance, along with the cross-sectional area of the galvanic arm decreases. The output power can be up to 28.9W as the temperature difference is 220℃.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876