【摘 要】
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随着经济的快速发展,化石燃料使用日益增长,带来了一系列能源问题,开发新的能源利用方式是许多科研人员的研究重点。其中温差发电技术是绿色能源的一个重要研究和应用方向,温差发电技术可以直接把热能转换为电能而没有其它消耗,可利用的热能除了太阳能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等可再生能源,也包含工业废热、家庭余热余热等废热,而且温差发电技术的优点众多,因此温差发电技术的理论研究和工程应用具有可观的价值。本
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随着经济的快速发展,化石燃料使用日益增长,带来了一系列能源问题,开发新的能源利用方式是许多科研人员的研究重点。其中温差发电技术是绿色能源的一个重要研究和应用方向,温差发电技术可以直接把热能转换为电能而没有其它消耗,可利用的热能除了太阳能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等可再生能源,也包含工业废热、家庭余热余热等废热,而且温差发电技术的优点众多,因此温差发电技术的理论研究和工程应用具有可观的价值。本文设计了一种温差发电燃气烤炉,以回收利用燃气烤炉产生的余热和燃气冷能,并从理论、模拟和实验三个方面,然后搭建实验测试平台进行了实验研究,具体内容如下:温差发电各项原理进行了介绍,并介绍了温差发电系统最大热电转化效率、最大输出功率的计算式,对市面上性能参数较好的温差发电片进行了实验对比选型,最终选取型号为TEG1-199-1.4-1.6-250,并测试了所选温差发电片电能输出特性,基于第二章理论公式计算得到了所选温差发电片的塞贝克系数α=0.0582,导热系数K=1.0407,为后面理想输出功率及热电转换效率计算提供了参数支持。其次根据燃气烤炉红外成像仪分析温度分布情况,确定温差发电芯片在燃气烤炉的安装位置及数量,并测量冷流体液化石油气流量,根据液化石油气各项物性参数、安装位置温度、热流密度等对散热器进行了设计计算,测量了安装位置的升温速率,将燃气烤炉简化为生热块,并用Fluent软件对设计的不同翅片高度(30 mm和60 mm)散热器的散热效果进行了模拟,对比分析了使用不同散热器的温差发电片冷热端温差,翅片高度30 mm和60 mm散热器对应的温差发电片冷热端平均温差63℃和53℃。最后搭建温差发电燃气烤炉测试试验,设计并进行了实验,对采用不同散热器、不同进气方式、不同集热板时温差发电性能进行实验测试,翅片高度30mm顺流进气时,温差发电片温差之和为154.7℃;翅片高度30mm逆流进气时,温差发电片温差之和为126.5℃;翅片高度60mm顺流进气时,温差发电片温差之和为140.9℃;翅片高度60mm逆流进气时,温差发电片温差之和为142.8℃。优化后的外翅片散热器效果最优,两块温差发电片平均温差之和为172.8℃,平均理想输出功率之和为3.6 W,热电转换效率在1.8%,并根据电能输出特性选择最适合的稳压控制方案。以及研究了燃气进气预热对烤炉燃烧效率的影响,原燃气烤炉运行第10 min时烤架平均温度为355.0℃,燃气经预热后的温差发电燃气烤炉运行第10 min时烤架平均温度为386.9℃,平均温度上升31.9℃。
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