利用微槽道热管强化传热的温差发电装置研究

发布时间：2019-11-08 11:55

【摘要】：能源短缺和环境污染已经成为人类发展面临的首要问题。为了实现可持续发展,提高能源利用效率和寻找新型能源成为研究者们努力的方向。基于热电材料赛贝克效应的温差发电技术因其独特的优势,是一种极具竞争力的低品位废热回收方式,具有很好的应用前景,设计新型高效的温差发电装置是实现该技术广泛应用的重要途径。本文针对温差发电装置的换热器结构设计和优化进行了探索,结合新型的微槽道热管,设计了一种热管阵列式的温差发电装置。考察了微槽道热管的工作特性,该微槽道.热管在90度角度下工作时,极限传热量最大,工作热阻最低。通过实验得到了其在不同工作温度下的热阻的变化规律,并计算出热管的等效导热系数。另外对温差发电模块的塞贝克系数,导热系数,内阻等参数进行了考察,并且得到了其在不同温差下的电压电流输出曲线,以及不同温差下的功率和发电效率曲线。通过单个热管和温差发电片结合的装置,模拟了在工业余热条件下的发电情况,对不同密度散热翅片的传热强化效果进行了比较,实验发现热管的热阻比较稳定,输出电压随热源温度线性变化。对单组热管在一定工作条件下的热电模块数目和输出功率关系建立了理论计算模型,并进行了实验验证,发现存在一个最佳的温差发电模块数目,使得输出功率达到最大值。应用该计算模型,对热源温度,温差发电片热端热阻,温差发电片冷端热阻等参数变化下的输出功率进行了计算,得到了这些参数改变时对应的最佳温差发电模块的变化规律。最后搭建了一个12组热管-温差发电片阵列的发电装置和一个常规的内部附有直翅片的温差发电装置,通过改变热源温度、冷却空气流量进行实验,对它们的开路电压和发电功率、净发电功率进行了比较,在相同工作参数下,热管温差发电装置发电效果显著提高。对不同热管间距的热管温差发电装置的换热效果进行了 CFD模拟研究,结果显示可以通过合理减小热管间距强化装置的换热效果,进而提高发电功率。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM913

【参考文献】