本文關鍵詞：基于Voronoi圖方法的近場動力學鍵理論及熱電耦合理論研究

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【摘要】：高效的熱電器件是熱電發(fā)電技術應用的核心,而熱電耦合效應的精確模擬是熱電器件設計的關鍵,為此國內外學者做了大量的研究工作,并取得了巨大的進展。但到目前為止,在宏觀層面,研究工作中采用的數(shù)值方法主要是以有限元理論為代表的基于傳統(tǒng)連續(xù)介質力學的理論,該類方法在處理連續(xù)問題時特別有效,但對于非連續(xù)場問題則顯得有些乏力,如熱電器件在服役過程中可能出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。為此,本文采用近場動力學對熱電器件設計中極為關注的熱電耦合效應進行了分析,其主要研究內容如下。1.針對經典近場動力學中存在的邊界效應問題,本文首次提出了一種基于Voronoi圖的近場動力學鍵理論,該理論通過Voronoi圖的方法確定粒子在求解域中的體積及粒子間的作用面。這一新的鍵理論不僅可以很好地解決經典近場動力學鍵理論中存在的邊界效應問題,同時還突破了其對材料泊松比只能為固定值的限制。2.借鑒上述基于Voronoi圖的鍵理論,建立了含Seebeck效應以及Peltier效應的傳熱鍵和導電鍵模型,以此為基礎,結合高斯定理建立了含熱電效應的熱電耦合近場動力學理論。隨后給出了在近場動力學理論中,熱電耦合場分析時可能出現(xiàn)的各種邊界條件的處理方法。3.詳細推導了熱電耦合分析的離散格式,建立了以系統(tǒng)矩陣為基礎的熱電耦合場分析方法,及針對各種邊界條件的處理方法。結合算例驗證了熱電耦合近場動力學理論及數(shù)值方法的正確性。4.采用上述數(shù)值方法對熱電器件的熱電轉換效率進行了數(shù)值模擬,分析了熱電器件的幾何特征及裂紋對熱電器件的發(fā)電效率的影響規(guī)律。對于完美器件來說,熱電材料的熱電轉換效率主要取決于半導體截面積與頂部導流板的面積之比。
【關鍵詞】：近場動力學 邊界效應 Voronoi圖 熱電耦合 熱電效應
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM61
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 熱電耦合問題的研究現(xiàn)狀和進展9-10
• 1.3 近場動力學的研究現(xiàn)狀和趨勢10-13
• 1.4 研究內容和技術路線13-15
• 第2章 基于Voronoi圖的近場動力學鍵理論15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 近場動力學理論及其存在的問題15-20
• 2.2.1 傳統(tǒng)的近場動力學理論簡介15-16
• 2.2.2 近場動力學中的本構方程16-18
• 2.2.3 近場動力學算法的缺陷18-20
• 2.3 近場動力學算法的修正20-28
• 2.3.1 長程力模型及平衡方程的修正20-22
• 2.3.2 基于Voronoi圖的數(shù)值算法22-26
• 2.3.3 算例驗證26-28
• 2.4 小結28-29
• 第3章 含熱電效應的熱電耦合近場動力學理論29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 熱電耦合現(xiàn)象29-30
• 3.3 含熱電耦合現(xiàn)象的傳熱鍵與導電鍵30-31
• 3.4 熱電耦合問題的平衡方程31-35
• 3.5 熱電耦合場中邊界問題的特殊考慮35-40
• 3.6 小結40-41
• 第4章 熱電耦合近場動力學分析程序的實現(xiàn)41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 數(shù)值方案41-49
• 4.2.1 系統(tǒng)矩陣的建立41-46
• 4.2.2 邊界條件的引入46-49
• 4.3 數(shù)值計算流程49-50
• 4.4 程序有效性驗證50-53
• 4.5 小結53-54
• 第5章 熱電器件發(fā)電效率的近場動力學模擬54-62
• 5.1 計算模型54-56
• 5.2 粒子密度敏感性考察56-57
• 5.3 計算結果及分析57-61
• 5.3.1 熱電器件溫度、電勢分布特性分析57-59
• 5.3.2 熱電器件模型尺寸其發(fā)電效率的影響59-61
• 5.4 小結61-62
• 第6章 結論與展望62-64
• 6.1 結論62
• 6.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文69
• 攻讀碩士學位期間參加過的主要科研項目69

【共引文獻】

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本文編號：1122905