摘 要

太阳能发电在现代社会发展中的战略地位无需赘述，而太阳能热电发电的关键，是其中的热电器。为此，本文对太阳能热电发电装置中的热电器件做了一系列的学习研究，主要从以下几个方面进行切入：

1.运用APDL编程语言分别对单偶和多偶热电器件进行参数化编程，并进行有限元分析，对比二者的异同以寻求二者之间的关联。

2.基于上述单偶、多偶热电器件的参数化程序，进一步推论编写适用于任何数据化热电器件有限元模型的参数化程序。利用已知热电器件的基本结构和参数，在前述APDL参数化模型的基础上，应用ANSYS软件中“用户界面设计语言(UIDL)”建立其二次开发程序。

3.根据热电器件的二次开发程序，输入不同的参数量，讨论热电器件的结构尺寸输出功率、热电效率及器件内温度分布的影响。

本文基本运用有限元分析ANSYS系列软件，分别建构单偶、多偶热电器件有限元分析APDL的参数模型。利用热电器件的基本结构，编写其二次开发程序，从而使不同结构尺寸的有限元模型的分析过程完成简化。同时，进一步讨论单偶热电发电器件的结构尺寸对功率输出、最大效率的影响及器件内温度分布。

关键词：热电发电器；APDL；有限元分析；

Abstract

The stra热电发电器ic position of solar power generation in the development of modern society does not need to be repeated, and the key of solar thermal power generation is one of the thermal appliances. Therefore, this paper has done a series of study and research on the thermoelectric devices in the solar thermoelectric power generation device, mainly from the following aspects:

1. APDL programming language is used to program single-even and multi-even thermoelectric devices, and finite element analysis is carried out, and the similarities and differences between them are compared in order to find the relationship between them.

2. Based on the above parametric programs of single-couple and multi-couple thermoelectric devices, it is further inferred that the parametric program suitable for the finite element model of any data thermoelectric device is compiled. Using the basic structure and parameters of thermoelectric devices, on the basis of the above APDL parametric model, the secondary development program is established by using "user interface design language (UIDL)" in ANSYS software.

3. According to the secondary development program of thermoelectric devices, the effects of structural size, output power, thermoelectric efficiency and temperature distribution in thermoelectric devices are discussed by inputting different parameters.

In this paper, the finite element analysis ANSYS series software is used to establish the APDL parametric model of finite element analysis of single-couple and multiple-couple thermoelectric devices, respectively. Based on the basic structure of thermoelectric devices, the secondary development program is compiled, so that the analysis process of finite element models with different structure sizes can be simplified. At the same time, the influence of the structure size of the single couple thermoelectric power generation device on the power output, the maximum efficiency and the temperature distribution in the device are further discussed.

Key words：Thermoelectric Generator; APDL; Finite Element Analysis;

目录

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容以及预期目标 3

第2章 关于热电发电效应的相关理论知识 4

2.1 热电的基本原理 4

2.1.1 赛贝克（seebeck）效应 4

2.1.2 帕尔貼效应 5

2.1.3 汤普森效应 6

2.1.4 三者联系 6

2.2 热电材料的相关性能参数分析 6

2.3关于热电的基本理论 7

2.4 本章小结 9

第3章 APDL编程语言与二次开发 10

3.1 APDL编程语言 10

3.2 ANSYS的用户界面设计语言编码（UIDL） 10

3.2.1 单行参数输入 11

3.2.2 多行参数输入 11

3.3 热电器件有限元模型程序开发 12

3.3.1 程序简介 12

3.3.2 程序框架 13

3.3.3 运行流程 17

3.4 热电发电器件的有限元模型 21

3.5 本章小结 22

第4章 热电器件参数化有限元模型 23

4.1 单偶参数化有限元模型 23

4.1.1 单元类型的选择 23

4.1.2 模型以及相关参数 24

4.1.3 引进边界条件 25

4.1.4 后续计算结果 25

4.1.5 理论值与ANSYS操作值的对比 26

4.2 多偶有限元模型 27

4.2.1 有限元模型 27

4.2.2 有限元模型建立 27

4.2.3 边界条件及热电分析 28

4.3 单P-N联结与多P-N联结的ANSYS解对比 30

4.4 本章小结 30

第5章 热电发电器件性能分析 31

5.1 结构尺寸对输出功率、热电性能的影响 31

第6章 总结 33

第7章 参考文献 34

第1章 绪论

1.1 课题背景

伴随着社会的不断进步发展，后电气时代生活水平的提升意味着人类生活与电力的捆绑越来越紧密。由太阳能驱动的热电发电是把来自太阳的辐射能转化为电能的关键性技术之一。拥有高可靠性、无污染、无噪声等优点，早已革命性地影响了新型能源产业。其中，利用太阳能的热电发电就具有及其广阔的应用前景。