高热流密度下热流均匀度对热电器件热应力的影响

发布时间：2017-08-06 09:32

  本文关键词：高热流密度下热流均匀度对热电器件热应力的影响

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【摘要】：太阳能热电发电技术是一种新型的能源供应技术,具有清洁无污染、无运动部件、体积小、工作可靠、寿命长、无噪音等优势。热电器件作为太阳能热电发电的核心部件,保证其使用寿命是实际中非常重要的问题。为了提高太阳能热电发电系统的效率,通常会增加热电器件冷热端的温差,这必然导致热电器件热应力增加,最终会降低热电器件的使用寿命。并且,热电器件采用高聚光比的菲涅尔透镜以获得高热流密度,高聚光比会产生热电器件热端加热不均匀,同样会影响到热电器件的效率以及降低使用寿命。论文结合以上两个太阳能热电系统实际中出现的问题,研究了热电器件热端表面非均匀加热对热电器件热应力分布的影响,为尽量延长热电器件的使用寿命提供了有力支持。论文首先结合太阳能热电器件的实际工作状况确定热电模型的材料参数和边界条件,建立了由18对热电偶组成的热电器件模型。分析了加热均匀度对最高温度以及最大热应力的影响,分析结果表明:加热均匀度与最高温度以及最大热应力呈负相关性,并且随着加热均匀度的降低热电器件的热应力的增加越来越剧烈,高热应力的分布也越来越集中。但是当加热均匀度超过70%后,加热均匀度对热应力的影响显著减小。因此,高的加热均匀度对于延长太阳能热电发电系统热电器件的寿命非常有利。同时考虑到实际情况,太阳能热电系统热电器件加热均匀度大于70%即可接受。其次,分析了热电器件在不同加热均匀度下热应力分布集中的区域以及分布的规律。结果表明:在所有的非均匀加热热流密度形式下,热电器件的最易破坏区域都出现在相同的位置,即中心区域热端氧化铝陶瓷基片与铜导流基片和热电偶臂边缘的连接处。最后,分析了热电器件热端表面施加球面热流密度和高斯热流密度对温度分布和热应力分布的影响。结果表明:两种热流密度的温度和热应力曲线具有相似的规律,即随着加热均匀度的不断减小,热电器件的最高温度和最大热应力不断增大。同时由于球面热流密度分布和高斯热流密度分布模型中加热均匀度的变化较小,因此两者的最高温度和最大热应力的变化曲线趋势受到热电器件变物性参数的影响比较显著。
【关键词】：热电器件 非均匀度 数值模拟 热应力
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 主要符号表8-11
• 1 引言11-24
• 1.1 研究背景及研究意义11-16
• 1.2 国内外研究现状16-22
• 1.3 本文的研究目的和主要内容22-24
• 2. 热电发电基本理论及模型热应力数学模型224-34
• 2.1 热电发电基本理论24-26
• 2.2 热电器件的物理模型26-29
• 2.3 热电器件的数学模型和边界条件29-32
• 2.4 计算方法和网格独立性检验32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 加热均匀度对热电器件的影响34-54
• 3.1 热电器件的温度分布34-37
• 3.2 热应力结果37-40
• 3.3 热电器件横向与纵向截面上的热应力分布40-45
• 3.4 加热功率对热电器件最高温度以及最大热应力的影响45-47
• 3.5 加热均匀度对热电器件最高温度与最大热应力的影响47-48
• 3.6 铜片边缘与氧化铝陶瓷接触线上的温度梯度分布和热应力分布48-50
• 3.7 热电器件线 1，线2上的温度梯度和热应力分布结果50-53
• 3.8 本章小结53-54
• 4 非均匀热流密度对热电器件的影响54-65
• 4.1 热电器件热端表面加载球面分布热流密度54-59
• 4.2 热电器件热端表面加载高斯分布热流密度59-64
• 4.3 本章总结64-65
• 5 总结与展望65-68
• 5.1 本文的主要结论以及创新点65-66
• 5.2 对未来工作的展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 附录1作者攻读硕士学位期间发表的论文74-75
• 附录2作者攻读硕士学位期间参与的科研项目75

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本文编号：629335