两级热电单偶输出性能的三维有限元分析-哈尔滨工业大学学报.pdf

第４７卷　 第９期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４７ Ｎｏ９ 　 　 ２０ １５年９月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｓｅｐ． ２０１５ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１５．０９．０１５ 两级热电单偶输出性能的三维有限元分析 １，２ １，２ 何勇灵 ，周岷峰 （１．北京航空航天大学 交通科学与工程学院，１００１９１北京；２．北京市清洁能源与高效动力工程中心，１００１９１北京） 摘　 要：针对以往研究中热电单偶一维传热模型的不足，提出了一种新型的两级热电单偶，对传统热电单偶和两级热电单偶 分别建立三维有限元模型，确定模型的温度，对流换热和电势边界面，设定合理的边界条件，在ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ环境中进行 仿真分析．应用控制变量法，研究不同输入变量对两种热电单偶各自输出性能的影响并进行比较分析．结果表明：负载值大小 影响输出电压和电流，当负载值小于某个临界值时，两级热电单偶的输出电压和电流优于传统热电单偶，而最大输出功率始 终大于传统热电单偶． 关键词：两级热电单偶；传统热电单偶；三维有限元模型；控制变量法；输出性能；仿真 － － － 中图分类号：ＴＭ９１３ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１５）０９ ００７９ ０５ ３⁃Ｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｕｐｌｅ １，２ １，２ ＨＥ Ｙｏｎｇｌｉｎｇ ，ＺＨＯＵ Ｍｉｎｆｅｎｇ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１００１９１Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ，１００１９１Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｕｐｌｅ （ＴＥ ｃｏｕｐｌｅ） ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓｐａｐｅｒ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ １⁃Ｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅｌ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ， ３⁃Ｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｕｐｌｅ ａｎｄｔｈｅｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｕｐｌｅ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓａｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅ ｓｅｔ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓｉｎ ＡＮＳＹＳＷｏｒｋ