[发明专利]一种确定凹进式热电实验装置及其对流辐射数值模拟方法

说明书

本发明提供一种确定凹进式热电实验装置及其对流辐射数值模拟方法，涉及热电发电技术领域。本装置包括凹进式冷却水箱、黄铜制热器、温度监测装置、热电模块、紫铜散热片；与热电实验装置相结合，采用数值计算与实验测量修正的方式，通过模拟软件将热电实验装置工况下温度分布情况较为清楚的表现出来。该方法为后续热电实验装置优化，热电模块新型结构性能测试提供有效理论依据；并极大降低实验成本，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及热电发电技术领域，尤其涉及一种确定凹进式热电实验装置及其对流辐射数值模拟方法。

背景技术

我国能源危机日益突出，能源消费已成为制约工业可持续发展主要问题。而工业生产中很大一部分能源会通过热形式流失到空气中，这种流失大约占整个工业耗能20％-60％。由此可以看出，我国余热资源丰富，且广泛存在于工业生产过程中，所以对工业生产中各环节余热进行回收再利用可以有效降低能源消耗，提高能源利用效率。

热电转换技术是一种将热能直接转换为电能的绿色发电技术。热电转换技术不仅解决了电力生产这个能源问题，还将余废热资源得到有效利用。热电转换技术存在诸多优点：(1)不同于传统能量转换技术，需要先将热能转换为机械能，然后再通过交流发电机将机械能转换为电能，热电转换技术可以直接将热能转换为电能；(2)热电模块内部没有机械运动部件和工作液，所以无需维护，也无需额外维护成本；(3)工作寿命长，在恒温工作状态下热电装置可长时间使用；(4)体积小，可在多种微型空间内工作,适合于各种嵌入式结构；(5)无噪音、无污染。以上这些优点使得热电转换技术不仅可以从余热资源中获得热源，还可以在其他资源如太阳能、地热、生物能等资源中获得热能进行发电。

虽然较传统发电技术相比热电转换技术具有更长使用寿命与更高结构稳定性，但是根据使用热电材料与热电模块结构不同，工况下热电模块产生发电量也不相同。因此，针对多种热电模块性能测试所配置的热电实验装置至关重要，而热电实验装置的数值模拟方法，对后续实验装置结构优化以及多种结构热电模块性能测试产生重大影响。

发明内容

针对现有技术的不足，提供一种确定凹进式热电实验装置及其对流辐射数值模拟方法，通过对热电实验装置工况下初始条件和边界条件更符合实际的设置，成功准确描述了凹进式热电实验装置在不同热条件下热辐射与热对流情况，为后续热电模块实验优化方案提供理论支撑，从而达到降低成本，提高工作效率的目的。

本发明所采取的技术方案是，一种确定凹进式热电实验装置，包括凹进式冷却水箱、黄铜制热器、温度监测装置、热电模块、紫铜散热片；

所述凹进式冷却水箱为矩形中空结构，内部为冷却水或空气层，凹进式冷却水箱与冷却水或空气层的接触面采用倾斜面设计，形成凹槽，凹槽底面与凹进式冷却水箱底面平行；

凹槽底面中心点安装热电模块，热电模块与各倾斜面距离相等，凹槽底面与热电模块冷端相接触处安装紫铜散热片，紫铜散热片与凹进式冷却水箱内的冷却水或空气层直接接触；

凹进式热电实验装置中轴线处安装有黄铜制热器，黄铜制热器内部安装温度监测装置；

一种确定凹进式热电实验装置对流辐射的数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤1：对凹进式热电实验装置结构尺寸进行测量，应用有限元分析仿真软件建立实验装置物理模型，模型采用对称式结构设计，按中心线对模型进行抛分处理；

步骤2：采用网格划分技术，应用有限元法对模型进行多网格划分；

步骤3：在凹进式热电实验装置外围空气层壁面、凹进式冷却水箱壁面、紫铜接触面以及热电模块，分别设置加热面、换热面以及绝热壁面不同类型的边界条件，确定固液接触面热辐射系数以及装置各部分对流换热系数；

所述热辐射系数由文献查阅获得，

所述流换热系数采用数学解析预测加实验数据反馈修正结合的方法获得；