单级多单元热电制冷机制冷率优化

以不可逆单级多单元热电制冷机为研究对象,综合考虑热电单元内部效应、热电单元尺寸、热电材料物性随温度变化的特性、外部有限速率传热不可逆性,建立了较完备的有限时间热力学模型。在有限速率传热、有限尺寸(给定换热器总热导率、热电单元总数等)约束下,同步优化工作电流、热电单元尺寸和换热器热导率分配,得到装置的最大制冷率,并分析了重要参数对最大制冷率及最优变量的影响,所得结果可为热电制冷机设计提供指导。     

热电制冷机性能分析与实验验证

1引言用有限时间热力学1‘－‘］分析热电制冷单元的最优性能已取得了一些成果［3－‘l。实际的热电制冷机往往由很多个制冷单元组成,是多热电堆制冷机。本文分析由任意个热电单元组成的制冷机性能,导出考虑传热不可逆性、焦耳效应、内部导热效应时的制冷率、制冷系数与...     

变温热源小型热电冷水机结构设计与性能分析

本文提出了一种不依赖模块规格型号和换热器几何参数的热电制冷系统分析方法,设计了水冷式热电冷水机的基本结构,考虑了汤姆逊效应,应用了有限时间热力学理论,建立了新的热力学模型,研究了热源、冷源沿流动方向的温度变化,分析了不同冷却水温度、输入电流密度、模块填充系数和热电单元长度对装置制冷性能的影响。     

不可逆热电制冷循环的性能优化准则

考虑了热电制冷循环中热阻、热漏和焦耳热等主要不可逆性，引入了特征参量功率消耗比r，借助装置设计参量X表征了内、外不可逆性，利用有限时间热力学建立了制冷功率、制冷系数与特征参量之间的基本优化关系，导出了协调制冷功率与制冷系数的参量r、X以及电流I的优化准则。     

烧结烟气余热热电发电模型与数值模拟

针对钢铁工业中的大量烧结烟气余热,提出一种基于热电发电技术的显热回收方案,建立了相应的计算模型,得到了烟气、冷却水、热电单元端点温度沿流动方向的分布特征,分析了烟气温度、烟气换热系数、冷却水换热系数对最优热电单元长度的影响,并分析了热电单元横截面积对电流和电压的影响。结果表明,对于350℃的烧结烟气,每平方米换热面积可以产生约1.47 kW电能,热效率约为4.5%,设备成本的回收周期在4年左右。     

内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的(火用)经济性能优化

应用有限时间热力学方法,研究了恒温热源条件下内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的(火用)经济性能,导出了利润率及(火用)效率的解析式.利用数值计算方法,以利润率为目标,对热导率的分配和压比的选取进行了优化,研究了最优利润率及相应(火用)效率特性,并分析了各种联产设计参数对联产优化性能的影响.改进了以往文献中热量(火用)的计算方法,发现了存在最佳的用户侧温度.     

热电制冷和泵热循环的有限时间热力学分析

热电制冷和泵热循环的有限时间热力学分析陈林根，孙丰瑞，陈文振（海军工程学院三系）一、前言在研究热电热机的基础上，本文借助两个特征参数，用有限时间热力学方法［１，２］给出了热电制冷和泵热循环的工况优域和通用的热力学输出率与性能系数曲线。这些曲线定性表征...     

线性不可逆热力学框架下一个无限尺寸热源而有限尺寸冷源的制冷机的性能分析

如何优化工作在有限尺寸的热源与冷源之间的热设备的性能是有限时间热力学领域的一个重要课题.本文在线性不可热力学框架下,结合有限时间热力学理论,研究了一个无限尺寸热源而有限尺寸冷源的制冷机的工作过程,解析性地推导了紧耦合条件下平均输入功率以及制冷系数表达式,并且进一步讨论了该制冷机的性能.发现平均输入功率与制冷时间不存在明确的优化关系,而且输入功率的增加导致制冷系数单调减小,但辐射能的增加致使制冷系数增强.研究结果对于深入理解实际的热力学过程具有一定的工程实践性价值.     

两级中冷回热再热布雷顿热电联产装置的性能

应用有限时间热力学理论和方法建立了恒温热源不可逆两级中冷回热再热布雷顿热电联产装置模型,基于分析的观点,导出了装置无量纲输出率和效率的解析式。在给定总压比的情形下,通过数值计算分别研究了输出率和效率与两个中冷压比和两个再热压比的关系,当总压比变化时,发现输出率和效率对总压比存在最大值,并分别求出了两个相应的最佳的中冷压比和再热压比。分析了回热度、中冷度、再热度、压气机和涡轮机效率、压降损失等特征参数对装置性能的影响。最后发现分别存在最佳的用户侧温度使输出率和效率取得双重最大值。     

天基望远镜探测器组件热电制冷系统设计与试验

天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此,采用热电制冷为核心技术,开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计,并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化,以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应,获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系,并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品,并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效,能够将探测器制冷至-75℃温度水平,稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据,对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.     

半导体冰箱冷热端散热条件实验研究

半导体制冷器件是一种高热流密度元件,在红外测量、低温超导、生物医学、空间技术等领域有重要的应用,还可开发成专用制冷装置,适用于野外施工、勘探,考古以及郊游等户外活动食品饮料的保鲜,也可用于食品、饮料及医用疫苗等的冷藏。在给定工况下,通过改善半导体器件的冷热端散热条件,可使系统制冷量和制冷性能系数大幅提高。本文设计了实验装置,特别设计了8种实验工况对采用强迫对流换热和热端采用热管换热器散热的实际半导体制冷装置进行了实验分析,提出了改善半导体制冷元件散热条件的具体措施。     

热电效应演示实验

本研制了用于物理教学演示半导体热电效应的热电转换实验仪,该仪器既可直观地演示半导体的热电效应,同时列展示出半导体制冷的诸多优点。     

Thermodynamic performance characteristics of a three-terminal quantum dot hybrid thermoelectric heat engine

We propose a new model of the three-terminal quantum dot hybrid thermoelectric heat engine in which the electrons transfer between two electronic terminals at different temperatures and chemical potentials through two coupled single-level quantum dots. Based on master equation we derive the expressions for the output power and the efficiency. The working region of the hybrid heat engine is determined according to the first and second law of thermodynamics. The performance characteristic curves are plotted and the optimal performance parameters are obtained. Finally, the influence of the non-radiative effect on the optimal performance parameters is discussed in detail.     

半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真

本文提出一种新型的半导体温差发电模型,在温差发电过程的数值模拟中考虑了热电单元之间封闭腔体内空气传热的影响.同时进一步运用有限元的数值计算方法对不同电臂对数和不同型号温差发电模型的温度场、电压场进行了数值仿真计算,并对仿真结果进行分析.结果表明:采用127对热电单元模型计算的能量转换效率随冷热端温差增大而迅速提高,与采用1对热电单元模型计算的能量转换效率之差从冷热端温差为20℃的0.39%提高到冷热端温差为220℃时的5.16%,能量转换效率比1对热电单元平均高出3.02%.冷端温度恒定在30℃时,温差发电芯片的输出电压、功率以及能量转换效率均随着电偶臂的横截面积的增大而提高,且电偶臂冷热两端的温差越大提高幅度也越大,而温差发电芯片内阻则与电偶臂横截面积成反比关系,当温差为220℃时对应的输出功率最高达28.9 W.     

稳态平板法在热电器件热电转换效率测试中的应用

将稳态平板法测导热系数的实验应用于热电器件热电转换效率的测试,通过测量输入器件的传热速率和负载的输出电功获得热电器件的热电转换效率。研究发现,稳态平板法可以测量工作温度在室温到100℃范围内热电器件的热电转换效率。     

热电偶的温差电特性

利用UJ27c型直流电位差计,我们设计了一个用于热电偶测量的实验。中描述了电位差计实验中热电偶的温差电动势的测量、热电偶的温差电特性曲线以及实验的可行性及意义。     

火星进入热环境预测的热力学模型数值分析

采用数值模拟目的 研究不同热力学模型中火星飞行器表面的热环境.研究发现,驻点区域流动近似为热力学平衡,随着飞行高度增加,流动逐渐偏向热力学非平衡.当壁面为非催化壁时,不同热力学模型所得热流基本一致,当壁面为完全催化壁时,热力学非平衡模型所得热流更高,这种差异由化学反应特征温度差异引起,并随着流动的热力学非平衡特性增加而增加.     

Performance of thermoelectric generator with graphene nanofluid cooling

Improvement of the heat transfer of the cold side is one of the approaches to enhance the performance of TEG systems.As a new type of heat transfer media, nanofluids can enhance the heat transfer performance of working liquid significantly.Based on a three-dimensional and steady-state numerical model,the heat transfer and thermoelectric conversion properties of TEG systems were studied. Graphene anoplatelet aqueous nanofluids were used as the coolants for the cold side of the TEG system to improve the heat transfer capacity of the cold side. The results showed that the heat absorbed by the hot side, voltage, output power, and conversion efficiency of the TEG system were increased greatly by the nanofluid coolants.The output power and the conversion efficiency using 0.1-wt% graphene nanoplatelet aqueous nanofluid as the coolant are enhanced by 26.39% and 14.74%, respectively.     

Thermoelectricity without absorbing energy from the heat sources

We analyze the power output of a quantum dot machine coupled to two electronic reservoirs via thermoelectric contacts, and to two thermal reservoirs – one hot and one cold. This machine is a nanoscale analogue of a conventional thermocouple heat-engine, in which the active region being heated is unavoidably also exchanging heat with its cold environment. Heat exchange between the dot and the thermal reservoirs is treated as a capacitive coupling to electronic fluctuations in localized levels, modeled as two additional quantum dots. The resulting multiple-dot setup is described using a master equation approach. We observe an “exotic” power generation, which remains finite even when the heat absorbed from the thermal reservoirs is zero (in other words the heat coming from the hot reservoir all escapes into the cold environment). This effect can be understood in terms of a non-local effect in which the heat flow from heat source to the cold environment generates power via a mechanism which we refer to as Coulomb heat drag. It relies on the fact that there is no relaxation in the quantum dot system, so electrons within it have a non-thermal energy distribution. More poetically, one can say that we find a spatial separation of the first-law of thermodynamics (heat to work conversion) from the second-law of thermodynamics (generation of entropy). We present circumstances in which this non-thermal system can generate more power than any conventional macroscopic thermocouple (with local thermalization), even when the latter works with Carnot efficiency.