【摘 要】
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工业化的推进导致能源短缺等问题日益突出,提高能源利用率迫在眉睫。回收利用各领域的余热资源可显著提高能源利用率,有利于实现“双碳”目标。在众多余热回收技术中,温差发电装置（Thermoelectric generator,TEG）可将多种废热转化为电能进行二次利用。TEG技术具有无噪声、无污染等优点,但由于其输出效率较低,故限制了进一步的应用发展。本文基于上述背景,结合试验及仿真方法对不同传热边界条
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工业化的推进导致能源短缺等问题日益突出,提高能源利用率迫在眉睫。回收利用各领域的余热资源可显著提高能源利用率,有利于实现“双碳”目标。在众多余热回收技术中,温差发电装置（Thermoelectric generator,TEG）可将多种废热转化为电能进行二次利用。TEG技术具有无噪声、无污染等优点,但由于其输出效率较低,故限制了进一步的应用发展。本文基于上述背景,结合试验及仿真方法对不同传热边界条件时TEG模块的综合性能进行了深入分析,通过优化TEG模块的结构以及研究第三类传热边界对帕尔贴效应和输出性能的影响,为TEG模块的性能提升提供参考。具体研究如下:（1）提出测量热电材料参数的新方法,在第一类边界条件时对非恒定截面积型TEG模块进行仿真分析。模型验证结果证明了该方法的可行性和准确性;TEG模块半导体的形状影响其电阻和内部热量,进而影响其输出性能;与具有常规半导体形状的模型相比,半导体形状为凸形和六边形的模型均可明显增大输出功率,其中凸形半导体的输出功率和效率可提高分别14.21%和3.01%。（2）建立TEG模块试验系统,研究冷端传热边界条件对帕尔贴效应和输出性能的影响。TEG模块热端温度由恒温加热器控制,冷端采用强制水冷进行散热。结果表明,帕尔贴效应使TEG模块的实际温差减小导致输出性能损失,使得试验值小于理论值;增强冷端传热边界可提高实际温差并增大TEG模块的输出性能,同时可减小因帕尔贴效应引起的温度损失和相对输出性能损失。（3）通过建立TEG模块仿真模型,在冷热端均为第三类边界条件时对帕尔贴效应和输出性能进行了研究。结果表明,在TEG模块的一端传热系数固定时增大冷端传热系数更有利于增大温差及输出性能;两端传热系数相同且同步增大时对温差及输出性能的增益最为明显;热端传热系数固定时,冷端传热系数的增大会使热端温度损失升高,冷端温度损失降低;冷端传热系数固定时,热端传热系数的增大会使热端温度损失降低,冷端温度损失升高;冷热两端传热系数保持一致并同步增加时,冷热端温度损失均先升高后下降;增大传热系数可有效减小因帕尔贴效应导致的温度损失。
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