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化石燃料使用过程中产生大量废气和废液,其中蕴含数量可观的余热资源,若对该部分余热进行回收利用可极大地提高燃料的利用效率。在众多余热回收技术中,温差发电技术可直接将热能转换成电能,具有无噪声、性能可靠等优点,可实现对各品级余热的有效回收利用。然而,在温差发电技术现阶段应用过程中,存在温差发电器(Thermoelectric generator,TEG)热电转换效率较低的问题。在现有热电材料基础上,分析TEG模块工作机理和输出特性并对其输出进行适当管理,可有效提高温差发电技术的实用价值。本文基于上述背景,采用试验分析和数值仿真相结合的研究方法分析TEG模块的输出特性,探究帕尔贴效应对TEG模块输出特性的影响,研究不同换热条件时TEG模块的输出性能,并利用最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)技术对TEG模块的电能输出进行管理。具体研究内容如下:(1)建立温差发电试验系统探究帕尔贴效应对TEG模块工作温度和输出特性的影响。试验时,TEG模块热端使用恒温加热台进行加热,冷端采用水冷对流换热。综合考虑TEG模块输出特性和冷却所需功,本次试验最佳冷却水流量为2.5 L/min。此外,TEG模块内阻随热端温度的升高而明显增大;受帕尔贴效应影响,TEG模块冷端温度随着电流的增大而逐渐减小;帕尔贴效应使TEG模块有效温差减小,导致试验中TEG实际输出特性均小于理论值;帕尔贴效应导致TEG的最大输出功率点偏移,偏移量随热端温度的增加而增大。(2)应用有限元仿真软件对TEG模块在第三类换热边界条件下的边界温度分布和输出特性展开研究。建立换热翅片传热的简化模型,计算出不同翅片高度对应的等效换热系数。在第三类换热边界条件下,TEG模块两端导热陶瓷板温度分布不均匀,其不均匀度随换热系数的增大而增大;两端均为对流换热时,TEG模块热端温度随电流的增大而减小,冷端温度随电流的增大而增大,故有效温差随电流增大而减小;增大冷热端换热系数均可增加TEG模块有效温差,其中,增大冷端换热系数对提升有效温差较为显著,较利于改善TEG模块输出性能。(3)开展了利用MPPT技术对温差发电系统进行能量输出管理的数值仿真研究。建立了温差发电系统直接连接负载和通过MPPT控制器连接负载的对比模型,分析了MPPT控制器对温差发电系统输出电压、输出电流、输出功率和效率的影响。结果表明,当负载电阻与内阻相近时,内外阻不匹配导致的功率损失较小,温差发电系统直接连接负载效率更高;MPPT控制器工作时虽会造成一定的能量损耗,但仍可使温差发电系统在TEG模块边界温度或负载电阻发生变化时保持最佳输出状态。