[发明专利]一种参数随温度变化的非线性温差发电系统时域分析方法

摘要

本发明给出一种参数随温度变化的非线性温差发电系统时域分析方法，首先建立基于参数随温度变化非线性温差发电系统的基本物理特性的热电偏微分方程模型和边界条件，该模型中塞贝克系数模型化为随温度变化的函数,其次对系统热路和电路进行了更具体的分析，并进行时间、空间离散化处理，从能量守恒的角度建立区域内部节点和边界节点物理量的代数方程，然后从时间初始值出发，进行迭代求解，最终可得到参数随温度变化的非线性温差发电系统内部各处温度和电场强度的数值解。通过温差发电系统内部温度和电场强度的数值解的分析，可进一步对温差电系统的进行更具体的分析和设计，并且结果更加精确。

主权项

一种参数随温度变化的非线性温差发电系统时域分析方法，其特征在于：具体包括以下几个步骤：步骤一，根据温差发电系统材料的基本物理特性，热力学和电学基本定律，导出由d对半导体温差电偶构成的参数随温度变化的非线性温差发电系统热路和电路的数学模型:热路中各个区域的数学模型为：区域I中，区域II中，区域III中，电路各个区域的数学模型为：区域II中，σIIE-σIIαII(T)▿T=J]]>区域IV中，其中，温差发电系统热路分成三个区域：区域I，区域II和区域III，区域I代表热端散热器，区域II代表d对半导体温差热电偶，区域III代表冷端散热器；温差发电系统中电路分成两个区域：区域II和区域IV；区域II代表d对半导体温差热电偶，区域IV代表负载电阻RL；其中，ρI和ρIII分别为区域I和III物质的密度，CvI和CvIII分别为区域I和III物质的定容比热，kI和kIII分别为区域I和III物质的热导率；T为温度，为温度梯度；E为电场强度，ρII分别为区域II物质的密度，CvII为区域II物质的定容比热，εII为区域II物质的介电常数，J为电路中的电流密度，电流J0为t＝0时刻通过电路的电流密度，αII(T)，σII，kII，分别为区域II物质的总等效塞贝克系数，总等效电导率，总等效热导率；αII(T)＝d*(αP(T)‑αN(T))，αP(T)和αN(T)分别为温差热电偶中P型和N型半导体材料的塞贝克系数，αP(T)和αN(T)是随温度变化的函数，故αII(T)也是随温度变化的函数；kII＝m*(kP+kN)；σP，kP分别为温差热电偶中P型半导体材料的电导率和热导率，σN，kN，分别为温差热电偶中N型半导体材料的电导率和热导率；σIV为负载电阻的电导率；步骤二，根据实际工况条件确定参数随温度变化的非线性温差发电系统热路和电路的边界条件：热路中的边界条件为：边界A:根据热源提供能量的形式，热端等效为热流密度为q0；边界B:通过边界处的热流密度为连续的，温度为连续的；边界C:通过边界处的热流密度为连续的，温度为连续的；边界D：根据冷源端散热的形式，冷端等效为温度为Tl0；电路中的边界条件为：边界M:通过边界处的电流密度为连续的，电场强度是连续的；边界N:通过边界处的电流密度为连续的，电场强度是连续的；其中热路中区域I和热源的交界为边界A，区域I和区域II的交界为边界B，区域II和区域III的交界为边界C，区域III和冷源的交界为边界D；其中电路中区域II在热源端和区域IV的交界为边界M，其中区域II在冷源端和区域IV的交界为边界N；步骤三,对区域I，区域II，区域III，区域IV进行时间离散化处理，确定区域中的时间节点；对区域I，区域II，区域III进行一维空间离散化处理，确定区域的空间节点；步骤四，确定t＝0时刻每个空间节点的温度和电场强度的迭代初始值；步骤五，对数学模型进行离散化处理，建立区域内部节点和边界节点的温度和电场强度的代数方程；步骤六，从温度和电场强度各空间节点的迭代初始值出发，根据步骤五所建立的节点温度和电场强度的代数方程，进行迭代求解可得出参数随温度变化的非线性温差发电系统各空间节点温度和电场强度的数值解，其中，求下一时间节点温度和电场强度的值时，温差热电偶的塞贝克系数取上一时间节点该空间单元平均温度时所对应的值。