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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本发明公开了一种三段式温差发电器件热电解耦计算方法，该方法步骤如下：1、确定三段式温差发电器件关键参数；2、针对三段式温差发电器件开展热电耦合建模计算，构建热电转换效率数据库；3、采用热电转换效率数据库解耦热电方程计算；4、开始时间步进求解；5、计算结束，输出结果。本发明针对特定几何结构和热电材料的三段式温差发电器件以及外部负载，建立热电转换效率与温差发电器件冷端温度和温差的关系，进而解耦温差发电器件的热学方程和电学方程，简化迭代过程，加快热电方程求解速度，为三段式温差发电器件的设计优化提供指导，为采用三段式温差发电器件的热电转换系统的数值模拟提供方法支撑。

主权项：1.一种三段式温差发电器件热电解耦计算方法，其特征在于：针对特定几何结构和热电材料的三段式温差发电器件以及外部负载，建立热电转换效率与温差发电器件冷端温度和温差的关系，进而解耦温差发电器件的热学方程和电学方程，简化迭代过程，加快热电方程求解速度；具体包括如下步骤：步骤1：确定三段式温差发电器件关键参数，包括三段式温差发电器件的几何关键参数、热电关键参数和三段式温差发电器件；步骤2：建立热电转换效率数据库：针对步骤1所述的三段式温差发电器件开展热电耦合建模计算，获取热电转换效率与温差发电器件冷端温度和温差的关系，构建热电转换效率数据库；具体分为以下步骤：步骤2-1：使用Solidworks软件建立温差发电器件的三维几何模型，此三维几何模型中包含步骤1所述的温差发电器件全部几何关键参数，将生成的三维几何模型保存为STEP格式文件；步骤2-2：将STEP格式文件导入COMSOL软件，设置网格参数，通过COMSOL软件的有限元非结构化网格自动划分功能对温差发电器件的三维几何模型进行网格划分，得到温差发电器件的网格模型；步骤2-3：将温差发电器件的网格模型导入COMSOL-Multiphysics中，并进行材料热电参数设置，设置包含步骤1所述的全部温差发电器件热电关键参数；步骤2-4：明确温差发电器件冷端的最高工作温度和最低工作温度，评估计算资源，将温差发电器件的冷端温度Tc从最低工作温度Tmin到最高工作温度Tmax划分为n组，在每个冷端温度Tc下，再将温差发电器件的温差ΔT从0到Tmax-Tc划分为m组，组成n×m组计算工况；步骤2-5：在COMSOL-Multiphysics中将计算工况分别设置为温差发电器件双端的第一类边界条件，冷端的温度边界条件为Tc，热端的温度边界条件为Tc+ΔT，设置计算参数和外部负载，执行计算，记录热电转换效率；重复n×m次，获得热电转换效率与温差发电器件冷端温度和温差关系的离散数据点；步骤2-6：通过离散数据点，将热电转换效率与温差发电器件冷端温度和温差的关系拟合为二维曲面，建立热电转换效率数据库；步骤3：采用热电转换效率数据库解耦热电方程计算：建立温差发电器件的热电耦合方程，如式1所示： 式1中：t——时间s；η——热电转换效率；ρe——温差发电材料的密度kg·m-3；ce——温差发电材料的比热J·kg-1·K-1；qh——温差发电器件的热端热流密度W·m-2；qc——温差发电器件的冷端热流密度W·m-2；Ae——温差发电器件的横截面积m2；Ah——温差发电器件热端垂直于热流方向的横截面积m2；Ac——温差发电器件冷端垂直于热流方向的横截面积m2；Te——温差发电器件的温度K；Th——温差发电器件的热端温度K；Tc——温差发电器件的冷端温度K；热电转换效率η的求解需要综合考虑塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应，基于步骤2构建的热电转换效率数据库，在迭代中通过温差发电器件的冷端温度和温差直接求解热电转换效率η，即通过热电转换效率η求出下一次迭代的温度初值，避免热学方程与电学方程的耦合求解，进而解耦热电方程的计算过程；步骤4：开始时间步进求解：基于步骤3构建的热电方程解耦计算，设定温差发电器件的边界条件和初始参数，设定计算的时间步长、起始时刻和终止时刻，开始时间步进求解，直到达到终止时刻；步骤5：计算结束，输出结果：输出温差发电器件的热电特性和伏安特性随时间的变化，实现三段式温差发电器件热电的快速求解。

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百度查询： 西安交通大学 一种三段式温差发电器件热电解耦计算方法