高超聲速飛行器在稠密大氣中因高速摩擦?xí)a(chǎn)生大量的氣動(dòng)熱,目前沒有任何材料能夠在與任務(wù)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間尺度上承受這些載荷,這對(duì)飛行器的熱管理系統(tǒng)提出了更高的要求。本論文基于熱電技術(shù),針對(duì)高超聲速飛行器的環(huán)境控制與熱量管理系統(tǒng)的熱防護(hù)任務(wù)需求,提出了一種新型熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用相變材料對(duì)氣動(dòng)熱流進(jìn)行收集并構(gòu)建穩(wěn)定的溫度梯度,然后將熱能通過熱電發(fā)電器轉(zhuǎn)化成電能,并將電能直接驅(qū)動(dòng)熱電制冷器對(duì)艙內(nèi)高發(fā)熱功率的電子設(shè)備進(jìn)行局部冷卻。在降低飛行器表面溫度的同時(shí)將氣動(dòng)熱量在航天器不同空間進(jìn)行有效轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)了熱量的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。針對(duì)這種熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng),采用ANSYS軟件對(duì)熱電器件進(jìn)行模擬,研究了溫差、ZT值、負(fù)載電阻、輸入電流等因素對(duì)熱電器件性能的影響規(guī)律。運(yùn)用逆推法對(duì)熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)分析,結(jié)果表明:調(diào)節(jié)熱電發(fā)電器兩端的溫差或者改變p-n結(jié)的數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)熱電制冷器的精準(zhǔn)溫控。由于熱電器件的關(guān)鍵性能在相同條件下無法同時(shí)達(dá)到最大,需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析。采用田口優(yōu)化法對(duì)熱電器件進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化分析,采用響應(yīng)曲面法對(duì)熱電器件進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,并對(duì)優(yōu)化后的最佳參數(shù)進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。再基于熱阻模型,無量綱化相關(guān)參數(shù),利用能量守... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 熱電材料及器件的研究進(jìn)展
        1.2.1 熱電材料的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 熱電器件結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 熱電器件上PCM的應(yīng)用
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 熱電器件的理論模型及優(yōu)化方法
    2.1 引言
    2.2 熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)
        2.2.1 Seebeck效應(yīng)
        2.2.2 Peltier效應(yīng)
        2.2.3 Thomson效應(yīng)
    2.3 ANSYS熱電模型
    2.4 熱電器件的控制方程
        2.4.1 TEG的控制方程
        2.4.2 TEC的控制方程
    2.5 熱電器件的優(yōu)化方法
        2.5.1 Taguchi優(yōu)化法
        2.5.2 響應(yīng)曲面優(yōu)化法
        2.5.3 無量綱化分析法
第3章 典型熱電器件及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能模擬
    3.1 引言
    3.2 TEG模塊性能模擬
        3.2.1 單個(gè)熱電單元性能模擬
        3.2.2 TEG結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)
        3.2.3 溫差對(duì)TEG性能的影響
        3.2.4 負(fù)載電阻對(duì)TEG性能的影響
        3.2.5 熱電優(yōu)值對(duì)TEG性能的影響
    3.3 TEC模塊性能模擬
        3.3.1 電流和溫差對(duì)TEC性能的影響
        3.3.2 熱電優(yōu)值對(duì)TEC性能的影響
    3.4 熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 熱電器件及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 TEG的多參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化
        4.2.1 TEG單目標(biāo)優(yōu)化
        4.2.2 TEG多目標(biāo)優(yōu)化
    4.3 TEC的多參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化
        4.3.1 TEC單目標(biāo)優(yōu)化
        4.3.2 TEC多目標(biāo)優(yōu)化
    4.4 熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)優(yōu)化分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 引言
    5.2 相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的制備與表征
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備
        5.2.2 測試方法
        5.2.3 相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的制備工藝
        5.2.4 相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的表征
    5.3 基于PCMS的熱電發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究
        5.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟
        5.3.2 基于PCMs熱電發(fā)電系統(tǒng)性能特征
    5.4 熱電制冷系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究
        5.4.1 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟
        5.4.2 熱電制冷系統(tǒng)性能特征
    5.5 基于PCMS的熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究
        5.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟
        5.5.2 熱-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能表征
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3724667