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半导体热电转换单元发电性能的变物性计算模型


华 南 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版)   第4 1卷 第 4期  2 0 1 3年 4月  J ou na r l   o f   So u t h   Ch i n a   Un i ve r s i t y   o f   Te c h n o l o g y   VO 1 . 41   No. 4   Ap r i l   2 01 3   ( Na

t u r a l   S c i e n c e   E d i t i o n )   文章编号 : 1 0 0 0 - 5 6 5 X ( 2 0 1 3 ) 0 4 . 0 0 4 7 — 0 7   半导体热 电转换单 元发 电性能的变物性计算模 型 术   杜群贵  邹杰 慧   陈水 金  高俊岭  ( 华南理工 大学 机械与汽车工程学 院,广东 广州 5 1 0 6 4 0 )   摘 要: 为 实现半导体热 电转换单元发电性能参数的计算 , 在分析 已有的常物性计算模  型的基础上 , 提 出了全新的变物性计算模 型, 该模型 包括半导体颗粒温度场分布的求解、   材料特性参数的计算和发 电性能参数的计算 3个部分. 在不 同工作条件 下, 分别利用常、   变物性计算模型进行发 电性 能参数 的计算 , 并将计算结果与 A N S Y S有限元仿 真结果进  行对比. 结果表 明变物性计算模型能够较 大程度地减少误差, 是对常物性计算模型的有效  改进 .   关键词 : 半导体热电转换单元 ; 发 电性 能; 变物性 ; 计算模型 ; 有限元法  中图分类号 : T M 9 1 3 ; T K1 1   2   d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 0 - 5 6 5 X . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 0 8   由多个半导体热电转换单元 ( S T G U) 组合 而成  的温差发电器能够用于低品位热能 , 如: 工业废热 、   汽车尾气废热、 太 阳热的 回收  J , 因此一 直受 到国   内外 学者 的广 泛关 注.目前 相 关 技术 的研 究 主要 以  导体 颗粒 工作 的平 均 温 度 不 同 , 因此 材料 的特 性 也  必定不同, 但常物性模型不能体现这一差异 ; ②即便  在确定 的工作条件下 , 由于温差的存在 , S T G U的半  导体颗 粒 内部不 同位 置 的 材 料 也具 有 不 同 的温 度 ,   提高发电性能为 目标 , 集中在以下几个方面: ①半导  体热 电材 料 的 制 备  一  、 结 构 分 析  和 性 能 研  究  m   ; ②s T G u物理结构的优化 ¨   。  ; ③发电器 的   外部形状设计及 内部 S T G U的优化布局等  . 由   于发电器发电性能的计算都建立在单个 S T G U的发  电性 能计 算模 型 的基 础 之上 , 故 S T G U 发 电性 能 计  算 模 型 的准确 性是 进一 步深 入开 展 这些研 究 工作 的  重 要 前提 .   进而表现为不同的材料特性 , 而常物性模 型也不能  体现这一差异. 为了弥补常物性模型的不足 , 进一步  提高计算的准确性 , 文 中以半导体颗粒 内部温度场  分布和材料特性 随温度的变化 为基础 , 建立 了一个  全新的 S T G U发 电性 能变物性计算模 型 ( 以下简称  为变物 性模 型 ) .  

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