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摘要

针对温差发电器的局限性, 利用热超构材料的热场调控特性, 提出了将温差发电器与二维扇形热超构材料能量收集结构进行集成, 从而改善温差发电器的热电转换效率. 基于有限元多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics研究了不同材料对能量收集结构热场调控性能的影响, 确定材料后对其进行热电性能仿真, 仿真结果表明, 能量收集结构可实现热流的有效调控, 在同一仿真条件下能量收集中心的温度梯度相比自然材料提高了8倍. 对不同尺寸温差发电器发电量进行研究, 在此基础上综合考虑加工精度和测试难度, 完成了能量收集结构3维建模及加工制造. 搭建实验测试系统, 使用热成像仪观测能量收集结构的温度分布, 测试实验结果显示该能量收集结构可以有效调控热场, 在相同冷热源条件下相比自然材料结构可以将温差发电器的工作效率提高3.2倍, 对推动温差发电技术更加迅速地发展具有一定的现实意义.

关键词:

Abstract

Considering the limitations of thermoelectric generators, the integration of thermoelectric generator with two-dimensional fan-shaped thermal metamaterial energy harvesting device is proposed to improve the thermal-to-electrical energy conversion efficiency of thermoelectric generator (TEG) by regulating the thermal field. Based on the COMSOL Multiphysics software simulation, the influences of different materials on the performances of energy harvesting devices in thermal field regulation are investigated. The performances of the selected materials are simulated , indicating that the energy harvesting device can effectively regulate heat flow, the temperature gradient in the center of it is increased by eight times compared with the natural material under the same simulation conditions. The generated electrical energy of thermoelectric generators of different sizes is studied, then three-dimensional modeling and processing of the energy harvesting device are completed by carefully considering the processing accuracy and testing difficulty. The experimental test system is set up to observe the temperature distribution of the energy harvesting device equipped with an infrared thermal imager, The test results demonstrate that the energy harvesting device can effectively regulate the thermal field. In comparison with the natural material, the working efficiency of the thermoelectric generators can be increased by 3.2 times under the same experimental condition, which has specific practical significance for promoting the rapid development of thermoelectric power generation technology.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:王鑫,wangxin219@imu.edu.cn

基金项目:国家级大学生创新创业训练计划 (批准号: 202110126036)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Wang Xin,wangxin219@imu.edu.cn

Funds:Project supported by the Regional Training Program of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates, China (Grant No. 202110126036).

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参考文献

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[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
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[38]
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施引文献

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参数名称	取值范围	单位
恒压热容	154	J/(kg·K)
密度	7700	kg/m³
塞贝克系数	2.1×10^–4—2.3×10^–4	V/K
导热系数	1.3—1.6	W/(m·K)
电导率	0.5×10⁵—0.7×10⁵	S/m
相对介电常数	1	量纲一

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热电器件厚度/mm	上下两端温差/K	温度梯度/ (K·mm^–1)	产生电势/mV
8	41.5	5.2	–7.57
6	40.4	6.7	–7.34
4	39.7	9.9	–7.12

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测试序号	最大发电量/mW	结束时发电量/mW
1	9.91	8.57
2	8.97	7.99
3	9.63	8.31
平均值	9.50	8.29

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测试序号	最大发电量/mW	结束时发电量/mW
1	5.07	2.45
2	5.33	2.88
3	5.26	2.23
平均值	5.22	2.52

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[2]
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[7]
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[9]
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[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
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[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]

[1]	熊家骋, 黄哲群, 张恒, 王启祥, 崔可航.热光伏器件中的光谱调控. 必威体育下载 , 2024, 73(14): 144402.doi:10.7498/aps.73.20240629
[2]	王杨涛, 景蔚萱, 韩枫, 孟庆之, 林启敬, 赵立波, 蒋庄德.圆环孔阵列超材料对热释电太赫兹探测器性能影响关系研究. 必威体育下载 , 2023, 72(4): 048701.doi:10.7498/aps.72.20221174
[3]	冯妍卉, 冯黛丽, 褚福强, 邱琳, 孙方远, 林林, 张欣欣.纳米组装相变储热材料的热设计前沿. 必威体育下载 , 2022, 71(1): 016501.doi:10.7498/aps.71.20211776
[4]	陈乐迪, 范仁浩, 刘雨, 唐贡惠, 马中丽, 彭茹雯, 王牧.基于柔性超构材料宽带调控太赫兹波的偏振态. 必威体育下载 , 2022, 71(18): 187802.doi:10.7498/aps.71.20220801
[5]	张静言, 窦鹏伟, 赵云驰, 张石磊, 刘佳强, 祁杰, 吕浩昌, 刘若洋, 于广华, 姜勇, 沈保根, 王守国.霍尔天平材料的多场调控. 必威体育下载 , 2021, 70(4): 048501.doi:10.7498/aps.70.20201799
[6]	相阳, 郑军, 李春雷, 王小明, 袁瑞旸.圆偏振光场调控的锡烯纳米带热自旋输运. 必威体育下载 , 2021, 70(14): 147301.doi:10.7498/aps.70.20210197
[7]	林月钗, 刘仿, 黄翊东.基于超构材料的Cherenkov辐射. 必威体育下载 , 2020, 69(15): 154103.doi:10.7498/aps.69.20200260
[8]	吴丰, 郭志伟, 吴家驹, 江海涛, 杜桂强.含双曲超构材料的复合周期结构的带隙调控及应用. 必威体育下载 , 2020, 69(15): 154205.doi:10.7498/aps.69.20200084
[9]	吴晔盛, 刘启, 曹杰, 李凯, 程广贵, 张忠强, 丁建宁, 蒋诗宇.收集振动能的摩擦纳米发电机设计与输出性能. 必威体育下载 , 2019, 68(19): 190201.doi:10.7498/aps.68.20190806
[10]	闫昕, 梁兰菊, 张璋, 杨茂生, 韦德泉, 王猛, 李院平, 吕依颖, 张兴坊, 丁欣, 姚建铨.基于石墨烯编码超构材料的太赫兹波束多功能动态调控. 必威体育下载 , 2018, 67(11): 118102.doi:10.7498/aps.67.20180125
[11]	许强强, 季旭, 李明, 刘佳星, 李海丽.菲涅耳聚光下半导体温差发电组件性能研究. 必威体育下载 , 2016, 65(23): 237201.doi:10.7498/aps.65.237201
[12]	沈翔瀛, 黄吉平.变换热学:热超构材料及其应用. 必威体育下载 , 2016, 65(17): 178103.doi:10.7498/aps.65.178103
[13]	王飞, 彭岚, 张全壮, 刘佳.水平温差对环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响. 必威体育下载 , 2015, 64(14): 140202.doi:10.7498/aps.64.140202
[14]	王长宏, 林涛, 曾志环.半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真. 必威体育下载 , 2014, 63(19): 197201.doi:10.7498/aps.63.197201
[15]	刘磊, 张锁良, 马亚坤, 吴国浩, 郑树凯, 王永青.平板集热太阳热电器件建模及结构优化. 必威体育下载 , 2013, 62(3): 038802.doi:10.7498/aps.62.038802
[16]	何广源, 郭靖, 焦中兴, 王彪.固体激光器热透镜效应的调控. 必威体育下载 , 2012, 61(9): 094217.doi:10.7498/aps.61.094217
[17]	毕力格, 特古斯, 伊日勒图, 石海荣.一级相变材料Mn1.2Fe0.8P0.4Si0.6的热磁发电性能. 必威体育下载 , 2012, 61(7): 077103.doi:10.7498/aps.61.077103
[18]	陈斌, 彭向和, 范镜泓, 孙士涛, 罗吉.考虑相变的热弹塑性本构方程及其应用. 必威体育下载 , 2009, 58(13): 29-S34.doi:10.7498/aps.58.29
[19]	张广基, 许少鸿.测量场致发光电功吸收的量热法. 必威体育下载 , 1962, 18(5): 250-253.doi:10.7498/aps.18.250
[20]	陈茂康.较差脈流发电器. 必威体育下载 , 1935, 1(3): 68-78.doi:10.7498/aps.1.68

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