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摘要

应用固体物理和不可逆热力学理论, 研究新型高效石墨烯热离子热电功率器件的性能特性. 通过数值求解器件高温和低温端的能量平衡方程, 确定器件阴极板和阳极板的温度; 分析输出电压和阴极板功函数对器件的伏安特性及两个极板温度的影响, 确定器件在最大功率密度和最大效率时的参数特性; 折衷考虑功率密度和效率, 给出参数的优化取值区间; 分析了高温热源温度对优化性能的影响. 本文所得结果可为热离子能量转换器件的研制提供理论指导.

关键词:

Abstract

According to the theories of the solid physics and irreversible thermodynamics, the performance characteristics of a novel high-efficient graphene thermionic power device (TPD) are studied. The temperature of the cathode plate and anode plate are determined by solving the energy balance equation of hot and cold sides of the TPD. The effects of the output voltage and the work function of the cathode on the volt-ampere characteristics of the TPD and the temperature of the two electrodes are analyzed to determine the parametric characteristics of the TPD at the maximum power density and efficiency. The power density and efficiency are compromised, and the parametric optimal designs are given. The influence of the temperature of heat source at high temperature on optimization performance is analyzed. The results obtained here can provide theoretical guidance for developing the thermionic energy conversion devices.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:林比宏,bhlin@hqu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11675132, 11775084)、福建省自然科学基金(批准号: 2016J01021)和重庆理工大学科研启动项目(批准号: 2019ZD22)资助的课题

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Lin Bi-Hong,bhlin@hqu.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11675132, 11775084), the Fujian Natural Science Foundation of China (Grant No. 2016J01021), and the Scientific Research Foundation of Chongqing University of Technology of China (Grant No. 2019ZD22)

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	${\eta _{\max }}$	${\varPhi _{{\rm{C}},\eta }}$	${\varPhi _{{\rm{A}},\eta }}$	${V_\eta }$	${P_{\max }}$	${\varPhi _{{\rm{C}},P}}$	${\varPhi _{{\rm{A}},P}}$	${V_P}$
本文	0.60	2.38	0.59	1.79	45.5	1.83	0.79	1.04
文献[23]	0.30	3.00	1.75	1.25	0.575	3.00	2.21	0.794

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