通过强化热端吸热优化环状热电发电器件性能

摘要

热电发电器可以将热能直接转换为电能,被广泛应用于余热利用领域.针对环状热源,环状热电发电系统(ATE)具有更好的兼容性.然而,目前ATE输出功率和转换效率仍然比较低.影响其性能的主要原因之一是热端吸热较差.针对环状热电发电热端结构进行了优化设计,利用翅片强化热端吸热.运用标准的κ-ε方程和NK传热模型描述流体传热、耦合热电方程描述热电发电器件性质;利用ANSYS软件基于有限元法求解耦合的流体-ATE系统的性能.研究了有翅片和无翅片ATE热电输出功率和转换效率随入口处流体温度和流速变化的性质.结果表明,ATE在有翅片的情况下转换效率和输出功率均高于无翅片系统.特别在流速9 m/s和温度600 K条件下,有翅片ATE的输出功率和转换效率分别比无翅片系统高299％和6.02％.提出可行的提高ATE性能的方法,有益于热电发电器件在余热利用领域更广泛的应用.