形状记忆合金与压电复合型热发电原理与方法研究

发布时间：2020-06-14 02:57

【摘要】：人们日常生产、生活中的能源消耗产生的余热,以废热气、废热水等形式排出,排放形式复杂,无法大规模有效利用,不仅浪费大量能源,也污染环境,与当前低碳环保、节能降耗的社会发展要求并不协调,亟待加以改变。如今以压电、静电、形状记忆合金等智能材料为主的小型的以转换余热而发电的研究广泛开展起来,形成多种二次能源的重复利用技术与方法,显示出蓬勃发展的大好局面。而现今,还没有出现太多将两种或两种以上的智能材料相结合进行能量转化的案例。本文结合国家自然科学基金项目《压电与形状记忆合金复合型热能发电技术与方法研究》(项目编号:51707081)展开研究工作,提出一种将形状记忆合金与压电材料相结合的热电转化装置,结合两种智能材料的优点,以形状记忆合金转换热能为机械能、再以机械能促动压电振子变形(或振动)进而发电,本文重点研究它们在系统构成、结构设计、能量转换、电能的收集与存储等方面的基本理论,并进行实验验证,为小型余热性发电技术提供一种新思路或新方法。本文的具体研究内容如下:设计了形状记忆合金与压电材料相结合的热电转化装置,探讨了其工作原理,将热电转化装置分成两大部分:机械结构部分和能量采集电路。根据形状记忆合金和压电材料的特点,设计出将形状记忆合金丝通过夹具固定在压电振子两端的热电转化结构;根据压电发电的特性,采用由全桥整流电路和电容相结合的电路作为本文的能量采集电路。分析形状记忆合金特性,根据本构方程得出形状记忆合金在不同载荷下的力学性能。通过实验的方法确定形状记忆合金加热时的形变响应快慢,并根据其加热形变响应速率,讨论由形状记忆合金丝驱动压电悬臂梁进行发电的可行性。根据压电悬臂梁的形变特性,得到不同载荷下压电悬臂梁发电的理论模型,通过理论模型,分析出影响压电悬臂梁发电能力的各个因素。根据形状记忆合金的形变特性得出压电悬臂梁理论上的发电情况建立压电悬臂梁的三维模型,根据实际悬臂梁的固定方式、载荷种类、载荷大小等对压电振子进行仿真,得到理想情况下的压电悬臂梁产生形变时所发电量。制作热电转化装置样机,通过实验,得出热电转化装置在受热时的发电情况。用该装置通过能量采集电路对储能元件充电,观察充电次数与储能元件储存电量之间的关系。根据热电转化装置设计能够在现实条件下进行持续的热电转化的连续发电装置,并进行连续发电实验。实验表明,连续热电转化装置能在40min内产生6.125′10~(-3)J的电能,相当于遥控器按键12次所需要的电量。 【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM617;TG139.6

【图文】：

示意图,效应,原理,示意图

热能为机械能、再以机械能促动压电振子法，研究它们在系统构成、结构设计、能基本理论与关键科学问题，为小型余热性技术研究概述转化的方式主要有三种：温差发电技术[6-0]。1]主要是由于塞贝克效应[12]。图 1.1 是塞贝同的材料，当处在一个有温度差 T 的环境克电动势abE 。根据这一原理可以制作能够

示意图,温差发电,原理,示意图

图 1.2 温差发电原理示意图① 深空探测器供电装置深空探测由于受环境特殊、资源紧缺、空间狭小等条件的限制，其对供电的要求比较苛刻，电能的供给需要使用寿命长、可靠性高，，而温差发电器正好满足所需条件。深空探测器用温差发电系统只能够将热能转化为电能，其本身并不能产热，给该系统提供热能的是能量来源充足且温度较高的放射性同位素。图 1.3 为放射性同位素温差发电系统剖面图。

【参考文献】