[发明专利]一种道路用埋入式热电器件设计方法及其埋入式热电发电路面

权利要求书

1.一种道路用埋入式热电器件的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：选定道路类型，对道路温度场进行解析，确定埋设位置，埋设位置处热端温度T_H、埋设位置处冷端温度T_C以及埋设位置处道路材料的模量E_r；

第二步：建立A/B埋入式热电器件中的异质组成材料A和材料B的电热输运性质和模量性质基础数据库

材料A的电导率σ_A、Seebeck系数S_A、热导率κ_A和模量E_A；材料B的电导率σ_B、Seebeck系数S_B、热导率κ_B和模量E_B；

第三步：A/B埋入式热电器件发电效率η和模量E高通量计算

1)发电效率η和模量E的构建

材料A厚度为d_A、材料B厚度为d_B、A层占比a＝d_A/(d_A+d_B)，结合材料A和材料B的电热输运性质，则垂直和平行层方向的输运性质σ_//，σ_⊥，S_//，S_⊥，κ_//，κ_⊥分别表述为：

σ_//＝(1-a)σ_A+aσ_B，σ_⊥＝σ_Aσ_B/[aσ_A+(1-a)σ_B] (1)

S_//＝[(1-a)S_Aσ_A+aS_Bσ_B]/[(1-a)σ_A+aσ_B] (2)

S_⊥＝[(1-a)S_Aκ_B+aS_Bκ_A)]/[(1-a)κ_B+aκ_A) (3)

κ_//＝(1-a)κ_A+aκ_B，κ_⊥＝κ_Aκ_B/[aκ_A+(1-a)κ_B] (4)

材料A和材料B的界面与A/B埋入式热电器件底面的倾斜角为θ，A/B埋入式热电器件电阻率ρ、Seebeck系数S、热导率κ均用二阶张量[M]来表述为：

A/B埋入式热电器件沿x-x方向电阻率ρ_xx、x-x方向电导率σ_xx、x-z方向Seebeck系数S_zx和z-z方向热导率κ_zz表述为：

ρ_xx＝ρ_//cos²θ+ρ_⊥sin²θ (6)

σ_xx＝σ_//σ_⊥/[σ_⊥cos²θ+σ_//sin²θ] (7)

S_zx＝(S_//-S_⊥)sinθcosθ (8)

κ_zz＝κ_//sin²θ+κ_⊥cos²θ (9)

此时，A/B埋入式热电器件的热电优值用Z_zx值来表述为：

Z_zx＝σ_xxS_zx²/κ_zz (10)

则由式1、2、3、4、5、6、7、8、9和10可得Z_zx关于A材料电输运性质、B材料电输运性质、a和θ的函数；

当A/B埋入式热电器件热端温度为T_H、冷端温度为T_C时，A/B埋入式热电器件发电效率η为：

其中，

设定A/B埋入式热电器件长度为l、宽度为w、厚度为h、材料A的层数为N，材料B的层数为M，则A/B埋入式热电器件模量E表述为：

E＝(E_A×V_A+E_B×V_B)/(V_A+V_B) (12)

其中，

V_A为N层材料A的体积之和，V_B为M层材料B的体积之和；

2)A/B埋入式热电器件发电效率η和模量E的计算

以材料A层占比a和倾斜角θ为变量，设定变量范围和计算步长，得到关于a和θ的发电效率η的性能库；

以材料A层占比a、倾斜角θ、长度l、宽度w、厚度h、材料A的层数N，材料B的层数M为变量，设定变量范围和计算步长，得到关于a、θ、l、w、h、N、M的模量E的性能库；

第四步：A/B埋入式热电器件几何构造确定

将A/B埋入式热电器件模量E的性能库与选定道路的埋设位置处道路材料的模量E_r进行模量匹配，生成A/B埋入式热电器件基因库，然后搜索基因库中发电效率最大值η_max，即可得到适用于发电路面的高发电效率埋入式热电器件。