[發明專利]一種溫差發電系統電動勢計算方法

有效

• 申請號: 201410189306.6
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103973171A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李秋菊;劉楷安;廖旎煥;劉清欣
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;朱俊峰

1.一種溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：具體包括如下幾個步驟：

步驟一，根據熱力學定律，溫差發電系統的熱電材料的特點和電路定律，導出由片半導體元件串聯構成的溫差發電系統數學模型，數學模型是由式(1-1)~(1-6)組成的方程組所示：

(1-1)

(1-2)

(1-3)

(1-4)

(1-5)

(1-6)

其中，和分別為每單位時間發電器從高溫熱源吸取和放給低溫熱源的能量，和分別為高、低溫熱源的溫度，和分別為熱源與熱端和冷源與冷端的總等效傳熱熱導；當半導體通過電流時，會產生焦耳熱流流量，這里近似認為，則焦耳熱流向兩端各傳導一半；其中，為片串聯半導體元件的總等效電阻，，，，和，，分別是P型和N型半導體元件的電阻率，長度和面積；其中為片串聯半導體元件的熱導，，和分別是P型和N型半導體元件的熱導率；為發電系統產生的電動勢，為發電系統回路中的電流，為負載電阻；

步驟二，根據實際溫差發電系統工作環境，首先對方程組的式(1-1)和(1-2)中，熱源與熱端和冷源與冷端的總等效傳熱熱導和 進行等效；其次對熱端和冷端的熱電平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正；

步驟三，根據熱源提供能量的不同，確定符合實際情況的熱源等效形式是等效為熱端溫度恒定還是熱端熱流量恒定的形式；

步驟四，選取溫差發電系統的迭代變量，根據熱源等效形式，確定數值計算的初始值，并對溫差發電系統數學模型進行離散化處理，得出相應的迭代次序；

步驟五，確定溫差發電系統的迭代收斂條件；

步驟六，通過數值求解的方法得到溫差發電系統熱冷端的溫差，進一步得到溫差發電系統提供的電動勢。

2.根據權利要求1所述的溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：步驟一中所述針對實際溫差發電系統工作環境，建立符合實際的溫差發電系統的數學模型，如果實際系統不能近似認為當成立時，方程組的式(1-3)和(1-4)中，向熱、冷端傳導的焦耳熱流量需替換為和，其中，

(1-3)

(1-4) 。

3.根據權利要求1所述的溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：步驟一中所述針對實際溫差發電系統工作環境，建立符合實際的溫差發電系統的數學模型，如果實際系統需加入系統的接觸電阻影響時，方程組中的式(1-3)和(1-4)需加入熱、冷端的接觸電阻和，在熱冷端引起的焦耳熱流量需替換為和，可替換為

(1-3)

(1-4) 。

4.根據權利要求1所述的溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：步驟一中所述針對實際溫差發電系統工作環境，建立符合實際的溫差發電系統的數學模型，如果實際系統需考慮溫差發電系統的冷熱端之間對流換熱時，方程組1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷熱端的對流換熱流量，其中，和L為分別為冷熱端面的對流系數和溫差發電模塊熱冷端間隙處面積和長度，式(1-3)和 (1-4)可替換為

(1-3)

(1-4)。

5.根據權利要求1所述的溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：步驟一中所述針對實際溫差發電系統工作環境，建立符合實際的溫差發電系統的數學模型,如果實際系統需考慮溫差發電系統的冷熱端之間輻射換熱時，方程組1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷熱端的輻射換熱流量，其中和分別為溫差發電半導體的光譜發射率和玻耳茲曼常數（黑體輻射常數），式(1-3)和(1-4)可替換為

(1-3)

(1-4)。

6.根據權利要求1-5任一權利要求所述的溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：步驟二中所述符合實際的熱源等效形式是針對熱源提供能量的特點，確定熱源是等效為熱端溫度恒定還是熱端熱流量恒定的形式，如果熱源是等效為熱端溫度恒定，則需獲取系統的熱端溫度和冷端溫度，來作為方程組的已知量；如果熱源等效為熱端熱流量恒定，則需獲取系統的熱端熱流量和冷端溫度，作為方程組的已知量。

7.根據權利要求6所述的溫差發電系統電動勢計算方法，其特征在于：所述的步驟三具體如下：選取溫差發電系統的迭代變量為冷熱端溫度，以開路時刻溫差發電系統冷熱端的溫度值作為初始值，系統回路閉合后，考慮系統的熱電耦合影響，得到離散后的迭代方程。