高热流密度下热流均匀度对热电器件热应力的影响

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1、分类号学号M201270853学校代码10487密级硕士学位论文高热流密度下热流均匀度对热电器件热应力的影响学位申请人：彭柯源学科专业：工程热物理指导教师：明廷臻副教授答辩日期：2015.5.14ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheinfluenceofnon-uniformhighheatfluxonthermalstressofthermoelectricpowergeneratorCandidate:Peng

2、KeyuanMajor:EngineeringThermophysicsSupervisor:MingTingzhenAssociateProfessorHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

3、学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要太阳能热电发电技术是一种新型的能源供应技术，具有清洁无污染、无运动部件、体积小、工作

4、可靠、寿命长、无噪音等优势。热电器件作为太阳能热电发电的核心部件，保证其使用寿命是实际中非常重要的问题。为了提高太阳能热电发电系统的效率，通常会增加热电器件冷热端的温差，这必然导致热电器件热应力增加，最终会降低热电器件的使用寿命。并且，热电器件采用高聚光比的菲涅尔透镜以获得高热流密度，高聚光比会产生热电器件热端加热不均匀，同样会影响到热电器件的效率以及降低使用寿命。论文结合以上两个太阳能热电系统实际中出现的问题，研究了热电器件热端表面非均匀加热对热电器件热应力分布的影响，为尽量延长热电器件的使用寿命提供了有力支持。论文首先结合太阳能热电器件的实际工作状况确定热电模型

5、的材料参数和边界条件，建立了由18对热电偶组成的热电器件模型。分析了加热均匀度对最高温度以及最大热应力的影响，分析结果表明：加热均匀度与最高温度以及最大热应力呈负相关性，并且随着加热均匀度的降低热电器件的热应力的增加越来越剧烈，高热应力的分布也越来越集中。但是当加热均匀度超过70%后，加热均匀度对热应力的影响显著减小。因此，高的加热均匀度对于延长太阳能热电发电系统热电器件的寿命非常有利。同时考虑到实际情况，太阳能热电系统热电器件加热均匀度大于70%即可接受。其次，分析了热电器件在不同加热均匀度下热应力分布集中的区域以及分布的规律。结果表明：在所有的非均匀加热热流密度

6、形式下，热电器件的最易破坏区域都出现在相同的位置，即中心区域热端氧化铝陶瓷基片与铜导流基片和热电偶臂边缘的连接处。最后，分析了热电器件热端表面施加球面热流密度和高斯热流密度对温度分布和热应力分布的影响。结果表明：两种热流密度的温度和热应力曲线具有相似的规律，即随着加热均匀度的不断减小，热电器件的最高温度和最大热应力不断增大。同时由于球面热流密度分布和高斯热流密度分布模型中加热均匀度的变化较小，因此两者的最高温度和最大热应力的变化曲线趋势受到热电器件变物性参数的影响比较显著。I华中科技大学硕士学位论文关键词：热电器件，非均匀度，数值模拟，热应力II华中科技大学硕士学位

7、论文AbstractSolarthermoelectricpowergenerationtechnologyhasmanyadvantagesoverotherenergytechnologies,suchascleanandpollution-free,simplestructure,nomovingparts,anditalsohastheadvantagesofcompact,highlyreliable,andsilentinoperation.Thermoelectricmoduleisakeypartofsolarthermoelectricpowe