分段溫差發(fā)電半導體熱應(yīng)力分析及疲勞壽命研究.pdf

1、溫差發(fā)電技術(shù)是典型的環(huán)保型能源技術(shù)，具有無轉(zhuǎn)動部件、體積小、無污染等優(yōu)點，可以合理利用太陽能、地熱能、海洋熱能、工業(yè)余熱廢熱等低品位熱源進行發(fā)電，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的二次利用，是環(huán)境友好型設(shè)備。溫差發(fā)電技術(shù)主要應(yīng)用在航空航天、軍事、深海探測、醫(yī)療等高科技領(lǐng)域，其簡單穩(wěn)定能夠很好的解決供電裝置復雜、維護更換不便、有噪音污染等問題?，F(xiàn)已擴大到民用、工業(yè)等領(lǐng)域，具有廣闊的前景。
　　目前，溫差發(fā)電的效率一般為5％～7%，遠低于火力發(fā)電的40%

2、。較低的溫差發(fā)電效率在一定程度上限制了溫差發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用。由于溫差電材料的最大優(yōu)值僅出現(xiàn)在很窄的一個溫度范圍內(nèi)，對于工作在大溫差的情況，可以采用分段結(jié)構(gòu)將熱電性能不同的材料組合起來，以保證在整個溫度范圍內(nèi)獲得較大的優(yōu)值。
　　溫差發(fā)電還存在溫差電組件使用壽命短、可靠性不高等問題，以高溫條件下工作的溫差發(fā)電器最為顯著。高溫環(huán)境下，各部件連接處容易發(fā)生物質(zhì)的遷移及原子擴散導致熱電材料性能下降或失效，各材料之間熱膨脹系數(shù)的不匹配產(chǎn)生

3、的熱應(yīng)力容易導致連接處的斷裂。因此，有必要對溫差發(fā)電器進行熱應(yīng)力分析及壽命分析。
　　本文以分段溫差電單偶及分段溫差電元件為研究對象，基于溫差發(fā)電原理及溫差發(fā)電器的工作原理，采用有限元分析方法進行研究，完成的主要工作如下：
　?。?）依據(jù)溫差電基本理論及結(jié)構(gòu)特征，確定了分段溫差電單偶及電元件各部分的幾何尺寸、所選用的材料及材料屬性，確定了可變的邊界條件,建立了相應(yīng)的幾何分段模型。
　?。?）利用ANSYS Workbe