太陽能溫差發(fā)電及傳熱特性研究

【摘要】：隨著全球能源需求的不斷增長,全球性的能源危機(jī)和環(huán)境惡化問題日益突出。倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)運行,加大對新能源及綠色環(huán)保技術(shù)的開發(fā)利用已成為社會的強(qiáng)烈要求。太陽能作為可再生綠色能源,具有儲量大、清潔環(huán)保、利用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點,被普遍認(rèn)為是理想的新能源。太陽能發(fā)電及相關(guān)技術(shù)研究是目前各國關(guān)注的焦點。溫差發(fā)電是利用熱電轉(zhuǎn)換材料將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種能量轉(zhuǎn)化技術(shù),在利用太陽能等低品位熱源上有著明顯優(yōu)勢。太陽能溫差發(fā)電把太陽輻射熱能直接轉(zhuǎn)換為電能,具有無運動部件、無噪音、無磨損、無污染物排放、體積小、重量輕、可靠性高等特點,是綠色環(huán)保的發(fā)電方式。 利用太陽能發(fā)電,人們的研究多集中于太陽能光伏發(fā)電,基于溫差發(fā)電技術(shù)的太陽能發(fā)電方式的研究則比較少。本文以溫差發(fā)電理論及熱傳遞機(jī)理為基礎(chǔ),采用理論分析、數(shù)學(xué)建模和實驗測試相結(jié)合的方法,對一種新型太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能進(jìn)行了研究。主要研究工作包括以下幾個方面: 1、在對溫差發(fā)電基本原理基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出溫差發(fā)電的性能參數(shù)及其計算公式,探討了影響溫差發(fā)電性能的因素,分析了電偶臂的幾何尺寸、接觸效應(yīng)、模塊內(nèi)阻對溫差發(fā)電性能的影響機(jī)理,為太陽能溫差發(fā)電的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供理論依據(jù)。 2、搭建了溫差發(fā)電的性能測試平臺,通過實驗對商用溫差發(fā)電組件進(jìn)行了測試,深入研究了單個溫差發(fā)電組件的輸出特性,并以此為基礎(chǔ)對其串、并聯(lián)的輸出特性作了進(jìn)一步探討。實驗結(jié)果表明,該溫差發(fā)電組件的開路電壓隨著冷熱端溫差的增大近似呈線性增大趨勢,當(dāng)負(fù)載電阻接近發(fā)電器總內(nèi)阻時可獲得相應(yīng)的最大輸出功率。溫差發(fā)電組件作為電源,其串、并聯(lián)性能和普通直流電源的串、并聯(lián)基本相同,為實現(xiàn)溫差發(fā)電系統(tǒng)的大功率輸出提供了有益的結(jié)論。 3、對于選定的溫差發(fā)電組件,外部傳熱的不可逆性對溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能有顯著的影響。本文根據(jù)傳熱學(xué)理論,采用熱網(wǎng)絡(luò)分析法對溫差發(fā)電的傳熱特性進(jìn)行了理論分析與實驗研究。研究結(jié)果表明,溫差發(fā)電組件冷端散熱熱阻是整個溫差發(fā)電器的關(guān)鍵熱阻,當(dāng)熱源熱流量恒定,與空氣自然對流相比,采用強(qiáng)制風(fēng)冷和水冷散熱方式能明顯降低發(fā)電器冷端的熱阻和溫度,發(fā)電器的輸出功率可提高20%~30%,隨著熱源熱流量的增大,這種改善的效果越明顯。 4、根據(jù)復(fù)合拋物面聚光器的光學(xué)原理,設(shè)計并搭建了復(fù)合拋物面太陽能溫差發(fā)電裝置。對該裝置的聚光性能與電輸出性能進(jìn)行了實驗研究,結(jié)果表明該集熱器集熱溫度均勻,集熱板最高溫度與最低溫度之差不超過3℃。該溫差發(fā)電裝置的開路電壓隨著冷熱端溫差的增大而增大,當(dāng)負(fù)載電阻與發(fā)電模塊總內(nèi)阻相匹配時輸出功率最大。當(dāng)熱端平均溫度基本穩(wěn)定在80℃,冷卻水流量為340 L/h時,當(dāng)負(fù)載電阻接近130 ?時獲得36個溫差發(fā)電組件串聯(lián)后的最大輸出功率為7.1 W。 【關(guān)鍵詞】：溫差發(fā)電 傳熱特性 性能優(yōu)化 太陽能利用 復(fù)合拋物面集熱器
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM913
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 主要符號說明9-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 課題研究的背景和意義14-16
• 1.2 溫差發(fā)電技術(shù)概述16-24
• 1.2.1 溫差發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史16-17
• 1.2.2 溫差發(fā)電技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.3 溫差發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用19-22
• 1.2.4 太陽能溫差發(fā)電技術(shù)及其研究進(jìn)展22-24
• 1.2.5 對研究進(jìn)展和現(xiàn)狀的分析評價24
• 1.3 本課題來源和主要研究內(nèi)容24-25
• 1.3.1 課題來源24
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容24-25
• 1.3.3 創(chuàng)新之處和主要特色25
• 1.4 本章小結(jié)25-26
• 第二章 溫差發(fā)電的基本原理及模型分析26-42
• 2.1 溫差發(fā)電的基本效應(yīng)26-29
• 2.1.1 塞貝克效應(yīng)26-27
• 2.1.2 帕爾貼效應(yīng)27-28
• 2.1.3 湯姆遜效應(yīng)28
• 2.1.4 焦耳效應(yīng)28-29
• 2.1.5 傅里葉效應(yīng)29
• 2.1.6 熱電效應(yīng)的相互關(guān)系29
• 2.2 熱電材料的優(yōu)值系數(shù)29-31
• 2.3 溫差發(fā)電器的結(jié)構(gòu)及工作原理31-33
• 2.4 溫差發(fā)電理想模型的主要性能參數(shù)33-36
• 2.4.1 溫差發(fā)電器熱傳導(dǎo)方程34-35
• 2.4.2 溫差發(fā)電器的輸出功率和發(fā)電效率35-36
• 2.5 實際溫差發(fā)電的性能分析36-40
• 2.5.1 溫差電偶臂幾何尺寸的影響36-38
• 2.5.2 接觸效應(yīng)的影響38-40
• 2.5.3 溫差發(fā)電模塊內(nèi)阻的影響40
• 2.6 本章小結(jié)40-42
• 第三章 溫差發(fā)電器性能實驗研究42-52
• 3.1 引言42
• 3.2 測試平臺的搭建42-47
• 3.2.1 實驗裝置的建立42-46
• 3.2.2 實驗過程46-47
• 3.3 溫差發(fā)電器性能實驗結(jié)果與分析47-51
• 3.3.1 開路電壓隨溫差的變化47-48
• 3.3.2 輸出功率與內(nèi)阻的特點48
• 3.3.3 串、并聯(lián)對輸出特性的影響48-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 溫差發(fā)電器的傳熱特性分析52-61
• 4.1 引言52
• 4.2 溫差發(fā)電傳熱特性理論分析52-55
• 4.3 實驗結(jié)果分析55-60
• 4.3.1 空氣自然對流散熱時各溫差隨時間的變化55-57
• 4.3.2 空氣自然對流散熱時的熱阻分布57-58
• 4.3.3 空氣自然對流散熱時散熱器的性能58
• 4.3.4 不同散熱方式對冷端散熱效果的影響58-59
• 4.3.5 不同散熱方式對輸出功率的的影響59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 太陽能溫差發(fā)電裝置的設(shè)計及實驗研究61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 太陽能溫差發(fā)電集熱裝置設(shè)計及實驗61-70
• 5.2.1 太陽能集熱器及選型61-64
• 5.2.2 平面吸收體型CPC 聚光器的設(shè)計64-67
• 5.2.3 太陽能集熱板（吸收器）及散熱板67-68
• 5.2.4 溫差發(fā)電模塊的布置68-69
• 5.2.5 實驗裝置設(shè)計69-70
• 5.2.6 測試系統(tǒng)和實驗過程70
• 5.3 實驗結(jié)果與討論70-74
• 5.3.1 聚光器性能測試71-72
• 5.3.2 太陽能溫差發(fā)電器性能測試72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論與展望75-78
• 結(jié)論75-76
• 展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果84-85
• 致謝85-86
• 附件86

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與發(fā)動機(jī)性能相匹配的溫差發(fā)電系統(tǒng)    王能歡

變物性半導(dǎo)體溫差發(fā)電器特性研究    陳水金

基于汽車尾氣溫差發(fā)電和太陽能發(fā)電的新型車載電源系統(tǒng)    范韜

熱水器煙氣余熱溫差發(fā)電與系統(tǒng)優(yōu)化    趙建云

基于汽車尾氣廢熱溫差發(fā)電的42V動力系統(tǒng)建模與仿真    凌凱

中高溫余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電熱系統(tǒng)設(shè)計研究    白忠愷