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多孔介质热电材料传热过程数值模拟

作　者: 李博
导　师: 徐江荣
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 应用数学
关键词: 多孔介质温度梯度数值模拟温差发电
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

基于热电效应和多孔介质的特性,研制成的多孔介质热电材料温差发电器件,可以安装在汽车排气管内部,通过对流传热将汽车高温尾气的一部分能量转化为电能。多孔介质温差发电器件具有无运动部件、无噪声、容易微型化、易于控制等优点,由于多孔介质的特性以及排气管设计等原因,可以在排气管内建立起比较大的温度梯度,提高温差发电器的发电功率。为了更好了解温度梯度的分布、发电功率的大小,可以更好利用尾气的热能,需要对排气管的流场和温度场进行数值模拟。本文首先建立四个不同的汽车排气管物理模型。然后针对不同的排气管建立不同的三维单温度数学模型,区分为无旋和有旋数学模型。利用数值热传学原理,采用SIMPLE算法,对排气管的流场进行数值模拟,在有旋模型中使用带旋流修正的数学模型。接下来对流场、温度场的模拟结果进行比较分析,并发现带旋流修正的数学模型,其出口温度更加趋近于真实情况。最后由温度梯度的特点,确定多孔介质热电材料安插方式,计算排气管内多孔介质热电材料的发电功率,并对不同区域内发电功率进行比较,发现带旋流修正的数学模型在发电功率上更加科学合理。借助仿真程序可以对不同工况下或者安装不同参数的多孔介质温差发电器的情形进行模拟,可对排气管内传热情况进行分析,其结论对多孔介质温差发电器件的研发与安装具有借鉴意义。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-4
主要符号表  4-5
目录  5-7
第1章绪论  7-12
  1.1 热电效应与热电材料  7-9
    1.1.1 热电效应  7-8
    1.1.2 热电材料  8-9
  1.2 多孔介质热电材料  9-10
  1.3 汽车尾气温差发电  10-11
  1.4 本文主要研究内容  11-12
第2章多孔介质的流动与传热理论  12-24
  2.1 流动传热一般形式的数学模型  12-15
  2.2 多孔介质内部流动传热的数学模型  15-22
    2.2.1 单温度模型  16-17
    2.2.2 双温度模型  17-22
  2.3 数值传热学的数值计算方法  22-24
第3章多孔介质热电材料传热的数值模拟  24-34
  3.1 湍流平均方法  24-26
  3.2 多孔介质无旋流动传热流动的数学模型  26-30
  3.3 多孔介质有旋流动传热流动的数学模型  30-32
  3.4 数值计算方法  32-34
第4章数值模拟结果与讨论  34-52
  4.1 模拟对象  34-36
  4.2 初始条件和多孔介质条件  36-37
  4.3 排气管内流场的分析  37-43
  4.4 排气管内温度场的分析  43-49
  4.5 多孔介质热电材料的发电功率  49-52
第5章全文总结  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
附录  57

多孔介质热电材料传热过程数值模拟

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