基于TEG的热能发电关键技术研究

论文摘要

TEG(Thermoelectric Generator)是一种半导体温差发电器,利用温差产生电能,具有无运动部件、稳定性高、绿色无污染等优点。它可以根据不同的应用条件,制成各种形状,随着无线传感网络在各种应用领域的飞速发展,TEG作为自供电传感器的电源,显示出了极高的应用价值。本文从基本的热电理论出发,推导了TEG热电转换性能的重要参数,即热力学效率和功率密度。并从热量传递的角度,建立了TEG的热传导模型,这个模型包括了汤姆逊热、焦耳热、帕尔贴热以及热阻和电阻对TEG热电转换性能的影响。得到了输出功率与热阻的关系,并根据热阻和负载电阻对TEG的几何结构进行了优化。近年来,TEG的研究致力于开发高优值系数的薄膜热电材料。然而对于如此薄的热电材料,为了获得更大的温差,得到更高的输出电压和功率密度,必须解决冷端的散热问题,才能发挥这种材料的优势。因此,TEG冷端的散热技术成为了开发高性能TEG系统的关键技术之一,本文分析了散热器对薄膜TEG热电转换性能的限制,得到了热力学效率和功率密度与散热器换热系数的关系,并进行了优化。可为如何根据散热条件选择适合的TEG器件提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 TEG的基本原理与概况
• 2.1 热电偶简介
• 2.2 热电效应
• 2.3 热电材料与优值系数
• 2.4 TEG器件
• 第三章 TEG的性能参数及其优化
• 3.1 TEG的性能参数
• 3.2 半导体热电偶的性能参数及优化
• 3.3 考虑接触效应时TEG热电性能
• 3.4 TEG器件的热电性能参数
• 第四章 TEG器件的传热分析
• 4.1 传热学经典理论
• 4.2 TEG器件的热传导
• 4.3 TEG器件的最优化
• 第五章 薄膜TEG在散热性能限制下的优化
• 5.1 散热器对薄膜几G性能的影响
• 5.2 TEG的理想模型与实际模型
• 5.3 薄膜TEG的优化
• 5.4 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 工作内容总结
• 6.2 TEG应用前景展望
• 致谢
• 参考文献