車用熱電器件的工作性能研究與影響因素分析.pdf

1、熱電器件利用半導(dǎo)體的塞貝克效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，這種發(fā)電方式以其無運(yùn)動部件、性能穩(wěn)定、可靠性高、環(huán)保經(jīng)濟(jì)、使用壽命長等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空等領(lǐng)域。在汽車尾氣熱電發(fā)電系統(tǒng)的服役環(huán)境中，車用熱電器件需長期承受熱沖擊和寬頻隨機(jī)振動，因此，熱電器件的熱電性能和機(jī)械強(qiáng)度可靠性是其能否規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。本文以多P-N結(jié)組成的半導(dǎo)體熱電器件為研究對象，結(jié)合其在汽車尾氣發(fā)電系統(tǒng)中的工作環(huán)境，采用數(shù)值模擬的方法建立車用熱電器件的有限元模型，對

2、其工作性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計影響因素進(jìn)行分析討論，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)熱電器件的發(fā)電性能和熱應(yīng)力分析。建立車用熱電器件有限元分析模型，結(jié)合汽車尾氣發(fā)電系統(tǒng)中熱電器件的工作環(huán)境，利用有限元分析軟件模擬熱電器件的服役工況：在熱電器件的熱端設(shè)定溫度載荷，冷端采用獨(dú)立水箱和公共水箱兩種冷卻方式。獲得熱電器件的溫度場、電勢場以及熱應(yīng)力分布情況，獲得熱電器件熱端溫度變化與器件的輸出功率、熱電轉(zhuǎn)換效率和熱應(yīng)力的關(guān)系。
　　(2)熱電器件

3、的模態(tài)分析。本文綜合考慮路面和發(fā)動機(jī)振動激勵，進(jìn)行熱電器件的模態(tài)分析，獲得車用熱電器件的固有頻率和振型。在數(shù)值模擬中用彈簧模擬固定熱電器件的夾緊裝置，彈簧的剛度模擬熱電器件與夾緊裝置的接觸剛度。討論了夾緊裝置的接觸剛度、熱電器件的結(jié)構(gòu)尺寸以及器件的服役溫度對器件固有頻率的影響，比較了不同約束狀態(tài)下熱電器件的固有頻率與路面激振、發(fā)動機(jī)激振頻率，給出了避免發(fā)生危險共振現(xiàn)象的接觸剛度臨界值，為系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。
　　(3)熱