基于有限元分析方法的同位素温差电池设计优化和实验研究

发布时间：2023-02-20 20:33

　　随着航天事业的发展,逐渐变得复杂严峻的航天探测任务不但使执行任务的探测器面临着巨大的挑战,同时也对探测器的供电系统有了更加严格的要求。与燃料电池、太阳能电池相比,同位素温差电池因其电池内部无运动部件、工作寿命可达十年以上、工作不受外部环境影响等独特优点在航天探测任务中扮演了越来越重要的角色。目前,国内做了很多关于同位素温差电池的研究,但从已公开的资料来看,还缺少就同位素温差电池设计优化和实验方面系统、综合的研究。基于此,本文借助有限元分析方法,设计了一款瓦量级的碲化铋基同位素温差电池并展开了有关电池输出性能的实验研究和模拟优化工作。设计部分中,采用有限元分析方法分别模拟分析了同位素热源的温度场分布和翅片型散热器的散热性能。根据模拟分析结果所加工制造的电加热替代热源具有更高的表面温度和更好的表面均匀性,该热源可以有效地将热量传递给外部温差发电模块;在室内气流速度稳定的条件下,加工制造的翅片型散热器在确定的传热面积上具有最佳的散热性能。实验部分中,分别研究了接触热阻、温差发电模块热端温度、温差发电模块串并联方式这几个因素对同位素温差电池输出性能的影响,并且从实验结果中总结出一些如何发挥温差...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
缩略词说明
符号说明
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 同位素温差电池简介
        1.2.1 放射性同位素热源
        1.2.2 温差发电模块
    1.3 同位素温差电池的发展历史
        1.3.1 第一颗同位素温差电池
        1.3.2 核动力辅助能源系统计划
        1.3.3 硅锗合金温差发电模块
        1.3.4 多用途同位素温差电池
        1.3.5 国内同位素温差电池应用情况
    1.4 本文研究目的
    1.5 本章小结
第二章 同位素温差电池基本发电原理
    2.1 塞贝克效应
    2.2 帕尔贴效应
    2.3 汤姆逊效应
    2.4 同位素温差电池性能评估
        2.4.1 转换效率
        2.4.2 输出功率
        2.4.3 热电优值
    2.5 热电材料简介
    2.6 本章小结
第三章 同位素温差电池的设计与加工制造
    3.1 温差发电模块的选定
    3.2 电加热替代热源的设计与模拟
    3.3 电加热替代热源系统的加工制造
    3.4 翅片型散热器的模拟与加工制造
    3.5 同位素温差电池实验平台搭建
    3.6 本章小结
第四章 同位素温差电池输出性能的实验研究
    4.1 接触热阻对输出性能的影响
    4.2 温度对输出性能的影响
    4.3 温差发电模块串并联方式对输出性能的影响
    4.4 本章小结
第五章 温差发电模块的模拟与优化
    5.1 温差发电模块的有限元模型建立
        5.1.1 热电材料导热系数的测定
        5.1.2 热电材料塞贝克系数、电导率的测定
    5.2 温差发电模块P-N电偶臂几何尺寸优化
        5.2.1 有限元模拟模型验证
        5.2.2 尺寸优化
    5.3 同位素温差电池的有限元模拟优化方法
    5.4 本章小结
第六章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3747268