[發明專利]一種熱端熱流時變的動態溫差發電系統時域分析方法

有效

• 申請號: 201710550649.4
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107194130B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 劉楷安;李秋菊
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種熱端熱流時變的動態溫差發電系統時域分析方法，其特征在于：具體包括以下幾個步驟：

步驟一，根據溫差發電系統材料的基本物理特性，熱力學和電學基本定律，導出由d對半導體溫差熱電偶構成的熱端熱流時變的動態溫差發電系統熱路和電路的數學模型：

熱路中各個區域的數學模型為：

區域I中，

區域II中，

區域III中，

電路中各個區域的數學模型為：

區域II中，

區域IV中，

其中，溫差發電系統熱路分成三個區域：區域I，區域II和區域III，區域I代表熱端散熱器，區域II代表d對半導體溫差熱電偶，區域III代表冷端散熱器；溫差發電系統中電路分成兩個區域：區域II和區域IV；區域II代表d對半導體溫差熱電偶，區域IV代表負載電阻R_L；

其中，ρ_I和ρ_III分別為區域I和III物質的密度，C_vI和C_vIII分別為區域I和III物質的定容比熱，k_I和k_III分別為區域I和III物質的熱導率；T為溫度，為溫度梯度；E為電場強度，ρ_II分別為區域II物質的密度，C_vII為區域II物質的定容比熱，ε_II為區域II物質的介電常數，J為通過電路的電流密度，電流J₀為t＝0時刻通過電路的電流密度，α_II，ο_II，k_II，分別為區域II物質的總等效塞貝克系數，總等效電導率，總等效熱導率；α_II＝d*(α_P-α_N)，k_II＝d*(k_P+k_N)；α_P，ο_P，k_P，分別為溫差熱電偶中P型半導體材料的塞貝克系數，電導率和熱導率，α_N，ο_N，k_N分別為溫差熱電偶中N型半導體材料的塞貝克系數，電導率和熱導率；ο_IV為負載電阻的電導率；

步驟二，根據實際工況條件確定熱端熱流時變的動態溫差發電系統熱路和電路的邊界條件：

熱路中的邊界條件為：

邊界A:根據熱源提供能量的形式，熱端等效為熱流密度為q_(t)；

邊界B:通過邊界處的熱流密度為連續的，溫度為連續的；

邊界C:通過邊界處的熱流密度為連續的，溫度為連續的；

邊界D：根據冷源端散熱的形式，冷端等效為溫度為T_l(t)；

電路中的邊界條件為：

邊界M:通過邊界處的電流密度為連續的，電場強度是連續的；

邊界N:通過邊界處的電流密度為連續的，電場強度是連續的；

其中熱路中區域I和熱源的交界為邊界A，區域I和區域II的交界為邊界B，區域II和區域III的交界為邊界C，區域III和冷源的交界為邊界D；其中電路中區域II在熱源端和區域IV的交界為邊界M，其中區域II在冷源端和區域IV的交界為邊界N；

步驟三,對區域I，區域II，區域III，區域IV進行時間離散化處理，確定區域中的時間節點；對區域I，區域II，區域III進行一維空間離散化處理，確定區域的空間節點；

步驟四，確定t＝0時刻每個空間節點的溫度和電場強度的迭代初始值；設定初始時刻熱路中的熱流密度相同為q₍₀₎，冷端溫度為T_l(0)，其中q₍₀₎，T_l(0)分別為q_(t)和T_l(t)在t＝0時刻的值；

步驟五，對數學模型進行離散化處理，建立區域內部節點和邊界節點的溫度和電場強度的代數方程；

步驟六，從溫度和電場強度各空間節點的迭代初始值出發，根據步驟五所建立的節點溫度和電場強度的代數方程，進行迭代求解可得出熱端熱流時變的動態溫差發電系統各節點溫度和電場強度的數值解，其中，求下一時間節點溫度和電場強度的值時，熱端熱流密度和冷端溫度取上一時間節點所在時刻的值。