基于温差发电系统的热电器件接触界面传热特性研究

摘要

在汽车尾气温差发电系统中，尾气中的热量从热交换器传递到热电器件，一部分转换成了电能，一部分经过热电器件传至散热器，最终被散热器中的冷却液带走。在整个能量传递过程中热量经过了多个接触界面，由于表面微观粗糙度的存在，两个接触面之间并不是所有的区域都发生了接触，接触面的接触情况将影响热电器件热端的热量输入和冷端的散热性能，进而影响系统的发电效率。 本文基于汽车尾气温差发电系统的基本结构原理，结合国内外的研究现状，对温差发电系统的热电器件接触界面传热特性展开研究。根据传热学理论、表面形貌几何模型和接触力学理论，推导出接触热阻的理论模型，建立温差发电系统的热阻解析模型。依托实验室热电器件测试平台，搭建温差发电系统传热与发电研究实验台架，测量温差发电系统的热阻分布和输出功率，研究表面形貌、接触压力和材料特性与接触热阻和发电功率的关系。根据接触热阻的理论模型和温差发电的原理，建立温差发电系统的热电耦合数值模型，仿真接触界面在不同的表面轮廓均方根偏差、轮廓平均斜率、导热系数、显微硬度和接触压力下温差发电系统的温度分布与输出功率，深入分析接触面的表面形貌参数、材料物性参数和接触压力对接触热阻与发电性能的影响。最后，建立热交换器、散热水箱和热电器件三者耦合的汽车尾气温差发电系统数值模型，构建系统性能的评价指标，研究接触热阻与温差发电系统的热效率和发电效率的关系，对比接触热阻和热交换器传热能力对温差发电系统性能的影响，分析接触热阻在不同尾气温度和流量下与热交换器功率损失和系统发电功率的关系，指导温差发电器的设计。 本文通过研究热交换器的表面形貌和材料特性以及接触压力对温差发电系统温度分布的影响，分析了热电器件接触界面的传热特性，获得了这些因素与接触热阻和发电功率的关系，并研究了接触热阻对汽车尾气温差发电系统性能的影响，为温差发电装置的设计开发提供了一定的理论依据。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及研究方法

第2章 温差发电系统热阻解析模型分析

2.1 温差发电系统原理

2.2 接触界面的基本传热理论

2.3 接触热阻的理论建模

2.4 温差发电系统的热阻网络模型

2.5 本章小结

第3章 热电器件接触界面传热实验研究

3.1 温差发电系统热阻测试方法与实验装置

3.2 实验设计与结果分析

3.3 本章小结

第4章 热电器件热电耦合的数值模拟研究

4.1 热电器件温差发电的物理模型

4.2 热电耦合数值模型和边界条件

4.3 热电耦合数值模拟结果与分析

4.4 本章小结

第5章 基于接触热阻的温差发电系统性能分析

5.1 汽车尾气温差发电器模拟系统

5.2 汽车尾气温差发电系统数值模拟结果与分析

5.3 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与论文相关的科研成果