基于材料耦合效應(yīng)的環(huán)境能量回收及其在建筑中的應(yīng)用.pdf

1、本論文研究的目的是對包括溫差發(fā)電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)和壓電效應(yīng)在內(nèi)的三種材料耦合效應(yīng)應(yīng)用于自然環(huán)境中進(jìn)行能量回收時的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和建模分析，并最終通過實驗測量對其在房屋建筑周圍的具體應(yīng)用進(jìn)行可行性評估。
　　 本論文首次提出了利用以相變材料為熱慣性單元與熱電材料相結(jié)合的方法，將自然環(huán)境中不連續(xù)的光熱源轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭姴牧仙喜婚g斷的溫差從而實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電的效果。我們對包括熱交換器在內(nèi)的各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計并制作了實驗原型，驗證了連續(xù)溫差發(fā)

2、電的想法。通過室內(nèi)模擬環(huán)境載荷和室外實際環(huán)境測量發(fā)現(xiàn)Bi2Te3基溫差發(fā)電器件最大和平均輸出功率密度分別達(dá)到了1Wm-2和0.12Wm-2，該測量值是在匹配外阻負(fù)載情況下獲得。而后通過ANSYS有限元仿真和等效電路方法建模對該溫差發(fā)電系統(tǒng)在以環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度和表面對流強(qiáng)度為載荷的邊界條件下進(jìn)行了輸出特性分析，分析結(jié)果與實測響應(yīng)趨勢吻合較好。
　　 本論文還首次提出了利用自然風(fēng)的隨機(jī)性和冷卻特性與光熱相結(jié)合作為熱釋電材料的有效熱

3、載荷進(jìn)行能量回收，這種想法使以往的基于實驗室內(nèi)的熱釋電發(fā)電實驗機(jī)構(gòu)向真實應(yīng)用邁出了重要一步，還使得熱釋電發(fā)電系統(tǒng)獲得了結(jié)構(gòu)上的巨大簡化。我們設(shè)計了室內(nèi)熱釋電發(fā)電測試系統(tǒng)并通過其驗證了增強(qiáng)對流強(qiáng)度能夠?qū)е聹囟瓤焖傧陆颠M(jìn)而發(fā)電的思路。實驗表明當(dāng)最劇烈的溫度變化達(dá)到16℃每分鐘時蜂鳴器用壓電材料通過熱釋電效應(yīng)能夠輸出0.6mWm-2的功率密度，該測量值是在進(jìn)行AC-DC變化后對外部電容充電時獲得。當(dāng)我們對其進(jìn)行等效電路建模時發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果能夠?qū)?/p>

4、實測響應(yīng)進(jìn)行非常好的預(yù)測，進(jìn)一步證實了利用該原理進(jìn)行熱釋電能量回收的可行性并為未來的設(shè)計分析評估奠定了基礎(chǔ)。
　　 本論文還對一種最近新提出的諧振腔式壓電風(fēng)能回收裝置的特性進(jìn)行了深入分析。該系統(tǒng)的工作原理類似于口風(fēng)琴，其核心問題在于顫振現(xiàn)象中流固耦合過程的數(shù)學(xué)建模。本文對以往研究忽略的諧振腔內(nèi)動壓變化與壓電單晶片振動情況之間的相互關(guān)系以及起振過程的特性進(jìn)行了實測分析，更重要的是對實際環(huán)境中能夠回收的風(fēng)能進(jìn)行了評估。實驗原型在入口