半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)實驗研究及其應用.pdf

1、廢熱是一種重要的能量來源，隨著能源危機的日益嚴重，廢熱的回收利用日益成為了研究者關注的重點。根據美國能源部的報告，美國每年工業(yè)廢熱損失的能源相當于500萬美國人一年的能源使用量，全球每年處理廢熱更是要耗費近百億美元。半導體溫差發(fā)電是一種綠色能源技術，是一種新型的發(fā)電方式。它具有無污染、無噪音、結構緊湊、免維護等很多優(yōu)勢。利用半導體溫差發(fā)電技術對生活廢熱或汽車尾氣進行能源回收利用并提高能源利用效率，許多國際知名的企業(yè)已經走在了研究的前沿。

2、這種發(fā)電機可將生活廢熱或汽車尾氣中的熱能轉化成電能，節(jié)省能源、提高利用效率的同時可降低有害排放，是未來可回收能源技術升級的一個重要方向。
　　本文結合歐盟新能源項目的規(guī)劃與資助，以增強我國在溫差發(fā)電領域的研發(fā)與應用能力為宗旨，在提出了一種新的家用溫差熱電同時供電供熱系統(tǒng)，并通過實驗驗證了其可行性的同時，結合國外先進汽車制造企業(yè)有限公開的資料與數據，又進一步提出了一種新的對利用汽車尾氣廢熱進行回收利用的溫差發(fā)電裝置，并采用理論模擬計

3、算與實驗研究相結合的方法，對該溫差發(fā)電系統(tǒng)進行了詳細的測試與驗證。
　　首先，建立了單級溫差發(fā)電和兩級溫差發(fā)電的有限時間熱力學模型，并確定了理論分析與實驗驗證中所要考察的反應溫差發(fā)電系統(tǒng)性能的主要參數。與實驗數據對比驗證模型的合理性后，該溫差發(fā)電系統(tǒng)有限時間熱力學模型可用于性能提高與優(yōu)化的仿真與計算。
　　其次，對尾氣換熱情況進行了計算，其計算結果表明適當的強化傳熱手段，如在管內增加翅片，是必要的。在對幾種不同類型翅片進行模

4、擬的基礎上，選擇了鋸齒翅片。
　　接著，針對不同導熱油厚度，對安裝于汽車尾氣管外部的溫差發(fā)電裝置溫度場分布進行了模擬，并根據模擬結果，確定了最合適的導熱油厚度，進而最后確定裝置的外部尺寸。
　　然后，作為進一步提升系統(tǒng)性能的主要研究方向，將熱管引入到了兩級溫差發(fā)電裝置中。并針對汽車尾氣的參數設定，對其進行了設計計算與驗證計算。
　　第五，在前期計算與模擬的基礎上，搭建了溫差發(fā)電實驗臺，并分別對單級溫差發(fā)電、兩級溫差發(fā)電

5、和采用熱管的兩級溫差發(fā)電系統(tǒng)進行了測試，并結合制造成本做了簡單的經濟性分析。結果表明，雖然兩級溫差發(fā)電裝置的成本回收年限較高，但其凈效率達到了5.35％，比單級溫差發(fā)電系統(tǒng)提高了32％。理論模擬與實驗結論都驗證了本文所提出的應用于汽車尾氣的溫差發(fā)電裝置的可行性。
　　最后，介紹了本文提出的可利用多種生活廢熱或綠色能源做為熱源來發(fā)電或加熱生活用水的家用溫差熱電同時供電供熱系統(tǒng)，并通過實驗驗證了其可行性及能夠大幅提高系統(tǒng)熱效率的特性。