【正文】 ，因而與標(biāo)準(zhǔn) IC 工藝兼容。研究人員通過(guò)控制氣體燃料的流入來(lái)改變火焰燃燒溫度，采用熱電偶測(cè) 定發(fā)電器不同位置的溫度，并通過(guò)氣相色譜儀分析燃燒后的氣體成分來(lái)進(jìn)行相關(guān) 23 實(shí)驗(yàn)分析發(fā)電器中，微型和中型燃燒器的管徑分別問(wèn) 和 3mm,分別研究了低速流動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間停留、低溫，高速流動(dòng)、短時(shí)間停留、高溫兩種情況，獲得了 詳細(xì)的無(wú)焰燃燒可持續(xù)進(jìn)行的溫度范圍，以及在結(jié)構(gòu)中的溫度分布仿真。微熱發(fā)電機(jī)和熱交換器集成在一個(gè)微器件中。普林斯頓大學(xué)研究了包括氫、甲烷、甲醇和乙醇等燃料，由于大部分的燃料進(jìn)行持續(xù)催化燃燒需要一定的初始溫度（ 300oC 以上）才能持續(xù)燃燒，需要通過(guò)其他熱源進(jìn)行預(yù)熱，其中氫氣可在室溫下開(kāi)始催化反應(yīng)．研究還表明在 300oC 以上時(shí)，氫氣和空氣的混合氣可以在較大范圍的比例下反應(yīng)，反 應(yīng)產(chǎn)生的熱量從 2瓦到 12 瓦，經(jīng)過(guò)熱電轉(zhuǎn)換，能點(diǎn)燃 100 毫瓦的燈泡。我們?cè)谶@里選擇 3種來(lái)進(jìn)行說(shuō)明講解，再進(jìn)行性能和優(yōu)、缺點(diǎn)比較從而選出我們所需要的發(fā)生器類(lèi)型來(lái)進(jìn)行研究分析和優(yōu)化。 ρ N＝ ρ P＝ 5 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出 L /A＝ α NP= － 200（ μv/℃ ） R＝ Ω T1 ′ ＝ 800℃ － ℃ － ℃ ＝ ℃ T2 ′ ＝ ℃ － ℃ ＝ ℃ T1 ′ － T2 ′ ＝ ℃ 當(dāng) R L＝ R 時(shí)，功率最大 19 所以： 余熱發(fā)電系統(tǒng)的功率與效率的理論計(jì)算 熱電發(fā)電器電偶臂截面尺寸為 3mm 3mm，高度為 ，電偶臂對(duì)數(shù) 199 對(duì)。電偶臂從熱源吸收的熱量為帕爾特?zé)帷⒔苟鸁岷蛡鲗?dǎo)熱三部分之和，即： 式中： η －發(fā)電效率； P －輸出到負(fù)載上的電能； I －回路中產(chǎn)生的電流； Q h －熱端的熱流； Q l －低溫?zé)嵩磸牡蜏囟宋盏臒崃鳎? R L －負(fù)載電阻； R －電偶臂的內(nèi)阻； α NP －塞貝克（ Seebeck）系數(shù)； K －熱傳導(dǎo)系數(shù)； T1 ′ －熱源溫度； T2 ′ －冷源溫度。導(dǎo)熱覆蓋片為高導(dǎo)熱率的絕緣片，冷熱端的材料、尺寸一樣，則可以得到三者的熱導(dǎo)率分別為： K c1 = K c2= K c3 = （ 2 15 － 8） 容易推得總的熱導(dǎo)率為： Kａ = （ 2－ 9） 式中： λ c 1 －導(dǎo)熱覆蓋基板有效熱導(dǎo)率； λ c2 －導(dǎo)流片的有效熱導(dǎo)率； λ c3－電偶臂有效熱導(dǎo)率； l c1－導(dǎo)熱覆蓋基板厚度； l c2－導(dǎo)流片厚度； lc3－電偶臂厚度； A c1－導(dǎo)熱覆蓋基板的面積； A c2－導(dǎo)流片的面積； A c3－電偶臂面積； K c1－導(dǎo)熱覆 蓋基板導(dǎo)熱率； K c2－導(dǎo)流層導(dǎo)熱率； K c3－電偶臂導(dǎo)熱率。 圖 2－ 3 熱發(fā)電器單對(duì)電偶臂理想結(jié)構(gòu) 余熱 發(fā)電系統(tǒng)溫度 梯度的計(jì)算 圖 2－ 2為理論的一對(duì) PN 電偶臂熱電發(fā)電器結(jié)構(gòu)。理想模型主要包括導(dǎo)熱覆蓋基板 、導(dǎo)流層和電偶臂三部分。對(duì)微小型熱電發(fā)電機(jī)而言，還有質(zhì)量（體積）比功率（或稱(chēng)為輸出能量密度）等性能指標(biāo)。式 (2— 6a)表明了材料存在溫度差，則可以產(chǎn)生電流；反之，式 (2— 6b)顯示了電流可以在材料中產(chǎn)生熱流。 可見(jiàn)，熱電效應(yīng)是熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)之間的一種可逆的交叉耦合效應(yīng)。 13 三個(gè)熱電系數(shù)可以通過(guò)開(kāi)爾文（ Kelvin）關(guān)系式聯(lián)系起來(lái)： T 為絕對(duì)溫度。 Thomson 熱與通過(guò)的電流，經(jīng)歷的時(shí)間成正比，假定溫度梯度較?。? dQT =τ IdT / dx （ 2－ 3） 比例系數(shù)τ為湯姆遜（ Thomson）系數(shù)。 Peltier 效應(yīng)產(chǎn)生的原因是位于節(jié)點(diǎn)兩邊材料 中載流子濃度與 Fermi 能級(jí)不一樣，當(dāng)電流通過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，為了維持能量和電荷守恒必須與環(huán)境交換能量。當(dāng)電流由 a 到 b, πab 為正， dQ0,吸熱：反之則放熱。 Peltier 效應(yīng)顯示出熱 電致冷的可能性。 帕爾帖效應(yīng) 1834 年 ,法國(guó)物理學(xué)家 觀察到當(dāng)電流通過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的節(jié)點(diǎn)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)附近有溫度變化：當(dāng)電流從某一方向流經(jīng)回路 12 的節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)變冷，而當(dāng)電流反向的時(shí)候，結(jié)點(diǎn)溫度會(huì)變熱。下面分別介紹熱電發(fā)電器的基本理論。這三個(gè)效應(yīng)奠定了熱力學(xué)熱電理論發(fā)展的基礎(chǔ)。熱電效應(yīng)是電流引起的可逆熱效應(yīng)和溫差引起的電效應(yīng) 的總稱(chēng)，它包括塞貝克 (Seebeck)效應(yīng)，帕爾帖 (Peltier)效應(yīng)和湯姆遜 (Thomson)效應(yīng)。 可同一個(gè) PN 結(jié) , 若施加溫差則可用來(lái)發(fā)電 ,若對(duì)其通電 , 則可用于在一端致冷 。美國(guó)的研究主要側(cè)重于軍事、航天、理論和高科技方面日本的研究側(cè)重于廢熱利用，同時(shí)相應(yīng)地著力于耐高溫的陶瓷溫差電材料的研究在大尺寸的范圍，熱電發(fā)電裝置已經(jīng)取得實(shí)際的應(yīng)用。美 9 國(guó) USC 空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室于 2020 年推出微型熱電發(fā)電機(jī)（ MicroFire），德國(guó) Dresden 科技大學(xué)，利用銅箔作 為介質(zhì)研發(fā)了一種微型熱電發(fā)電器，其面積為 16*30mm^2,輸出電壓達(dá)到 250mV。 本課題的意義在于：一方面不僅提高了對(duì)能源的利用率，節(jié)約了能源，另外一方面也減少了對(duì)大自然的熱污染，保護(hù)了環(huán)境。 同時(shí) , 通過(guò)節(jié)能可以節(jié)約大量燃料 , 對(duì)于降低我國(guó)在二氧化碳 , 二氧化硫和氮氧化物的排 放都具有直接的影響 。 課題研究的意義 節(jié)能與環(huán)保是 21 世紀(jì)人類(lèi)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題 。因此，能源是我國(guó)更好地進(jìn)行社發(fā)濟(jì)的關(guān)鍵 。由此可見(jiàn)，不論哪個(gè)國(guó)家哪一個(gè)時(shí)期 ，若要加快發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，就必須保證能源消費(fèi)量的相應(yīng)增長(zhǎng)。反 8 之，能源不足就會(huì)影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至?xí)斐删薮蟮膿p失。 在其它工程機(jī)械、船舶、飛機(jī)運(yùn)輸工具中，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)能量的利用效率也存在同樣的效率低、能源浪費(fèi)等問(wèn)題。近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，地球大氣中的二氧化碳不斷增加，氣候變暖，冰川積雪融化，使海水水位上升，一些原本十分炎熱的城市，變得更熱。按照熱力學(xué)定律，人類(lèi)使用的全部能量終將轉(zhuǎn)化為熱，傳入大氣，逸向太空。此外，河水水溫上升給一些致病微生物造成一個(gè)人工溫床，使它們得以滋生、泛濫，引起疾病流行，危害人類(lèi)健康。這一方面造成了較大的能源浪費(fèi)，另一方面使周邊環(huán)境溫度升高，帶來(lái)了城市的熱島效應(yīng)等不良影響。 調(diào)查研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒所發(fā)出的能量只有 34％～ 38％（柴油機(jī)）或 25％～ 28％（汽油機(jī)）被有效利用。以汽車(chē)為例， 2020 年汽車(chē)保有量達(dá) 3300 萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì) 2020 年將超過(guò) 7000 萬(wàn)臺(tái)。在現(xiàn)在這個(gè)飛速發(fā)展的社會(huì)中交通無(wú)疑是很重要的一塊，而汽車(chē)、飛機(jī)、船舶等交通運(yùn)輸工具又是不可或缺的，而發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)、飛機(jī)、船舶等交通運(yùn)輸工具的核心部件，其應(yīng)用范圍非常廣泛。要求人類(lèi)發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì) ， 追求以節(jié)約資源、能源和減少污染為前提的生念經(jīng)濟(jì)效率 ， 要求人類(lèi)在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)凋統(tǒng)一。 解決全面建 設(shè) 小康社會(huì)面臨的資源約束和環(huán)境壓力問(wèn)題 。針對(duì)這些情況，中央適時(shí)地提出了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好性社會(huì)等一系列新的觀念和決策。 關(guān)鍵詞 4：尺寸 。 關(guān)鍵詞 2： 分析 。 本文結(jié)合熱電堆式熱電發(fā)電器的理論模型，考慮到湯姆孫效應(yīng)的影響，建立了 發(fā)動(dòng)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)的 模型 。微小型熱電電源是其中得到發(fā) 展的研究課題。 致謝 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 目 錄 中文摘要 英文摘要 第 1 章 緒 論 ....................................... 6 課題研究的背景 ..................................... 6 課題研究的意義 ..................................... 8 國(guó)內(nèi)外余熱發(fā)電的研究現(xiàn)狀 ........................... 8 第 2 章 余熱發(fā)電系統(tǒng)的原理與理論設(shè)計(jì) .................. 10 余熱發(fā)電系統(tǒng)的原理 ................................ 10 余 熱發(fā)電器的原理 .............................. 10 塞貝克效應(yīng) .................................... 11 帕爾帖效應(yīng) .................................... 11 湯姆遜效應(yīng) ..