《機-熱電轉換系統的多場協同強化機制及多學科設計最佳化》是依託華南理工大學，由張征擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：機-熱電轉換系統的多場協同強化機制及多學科設計最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張征
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
機-熱電轉換系統是指機械裝置工作過程中產生餘熱，由熱電直接轉換裝置轉換為電能的系統，有廣泛的套用前景，但也存在效率低、輸出功率小、價格高的問題。本項目以汽車發動機排氣餘熱的溫差發電系統為背景，研究大功率機-熱電轉換系統的多場協同強化機制和設計最佳化問題，擬採取換熱器強化傳熱和薄臂型熱電偶迴路網路解耦技術，使轉換元件的電動勢不變而降低電阻和熱阻值，綜合提高熱電轉換效率；通過流-熱-電場協同強化機制，獲得高性能溫差發電系統的結構形式；針對脈動排氣的熱流體形態和管道傳輸特點，從子系統的熱流固耦合、效應耦合、熱電耦合、部件阻力耦合特性分析出發，建立全程排氣系統能量轉換的多場耦合數學模型，獲得準確的系統設計參數；採取多學科設計最佳化方法，用設計結構矩陣對目標級聯的最佳化任務進行規劃和重組，解決信息互動規劃和協同最佳化問題。為機-熱電轉換系統設計最佳化提供理論、方法及技術支持，為汽車節能提供新技術。
結題摘要
機-熱電轉換系統是指機械裝置工作過程中產生餘熱，由溫差發電裝置轉換為電能的系統，它的基礎理論是熱電效應，核心技術涉及機電科學、傳熱學、材料科學等多個學科的協同配合。熱電轉換有著廣泛的套用前景，但目前存在轉換效率低、輸出功率小、體積不緊湊以及價格高的問題。 本項目以發動機排氣餘熱的溫差發電系統為對象，研究了大功率機-熱電轉換系統的多場協同強化機制和設計最佳化問題。主要研究內容為：針對排氣系統的熱流體形態和傳輸特點，建立能量轉換的多場耦合數學模型和計算方法；採取多學科耦合設計最佳化的方法，設計高性能溫差發電系統的結構形式；仿真及實驗分析緊湊型溫差發電器的溫度分布和應力特性，以及熱電轉換元件的最優陣列形式；研究熱電偶迴路的強化原理及協同熱電轉換形式。研究的主要結果包括了建立溫差發電系統的流-熱-電場的協同強化機制，通過最佳化設計總結出了1千瓦級緊湊型溫差發電器的最優參數組合，進而提出了基於強化傳熱管（排）結構的溫差發電器的設計方法和設計準則、大功率溫差發電系統的組成方案、以及溫差發電器的熱流體加熱系統的可行性方案。提出了基於矽基PN結的熱電轉換器件的基本原理和結構形式的研究（繼續進行中），目標是通過半導體PN結在熱電偶迴路中的設定，大幅度地提高熱電轉換過程的熱電動勢和系統的協同特性，推動熱電轉換系統的實際套用。
