论文目的

温差发电技术利用材料的塞贝克效应，可将热能直接转换为电能，具有结构紧凑、无磨损、无泄漏、清洁、无噪声、寿命长、可靠性高的特点。它是一种新型的、绿色环保的发电技术，可以合理利用太阳能、地热能、工业余热废热等热能。基于塞贝克效应制成的半导体温差发电芯片对汽车发动机尾气热能回收利用，遵循基本的科学原理。本文基于热量传递基本理论，对温差发电器内热量的传递过程机理进行分析和研究，建立温差发电器的传热模型，研究其内部自然对流传热特性。

论文意义

当前, 我们社会面临环境恶化和能源危机的威胁, 人类的可持续发展需要对绿色能源技术的发展给予更多地关注，这使得温差发电技术越来越引人注目,该技术是一种固态力能量转换方式, 能够直接将热能转化为电能#65377;温差发电组件无机械转动, 因而无噪声#65380;寿命长#65380;工作稳定可靠#65380;轻便，且可利用各种设备的废热、余热等, 因而适用于军事、勘探和边远地区等的小功率发电和深空探测#65377;另外, 半导体发电模块可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。由于传统能源价格日益高涨，废热回收利用愈形重要，热电废热回收技术可望继太阳光电技术之外，成为下一波新兴产业。

国内外的研究现状分析

19二十年代初期，物理学家塞贝克发现了一个当时似乎并不很受重视但对后世意义深远的发现——温差发电效应，又称为塞贝克效应。此后温差发电作为一个物理学小分支，被广泛的研究开来。再加上第二次世界大战末期半导体材料的发现，温差发电更是迎来了其最辉煌的一页。20世纪四十年代末，第一台温差发电器问世，虽然效率仅仅才达到1.5%，但这充分证明了温差发电的可行性。随后，50年代初期，前苏联科学家loffe院士成功将温差发电应用于民用领域——利用温差发电装置，在偏远山区，将煤油灯、拖拉机等低品位热能成功转化成电能。到了60年代，热电材料得到了很好的发展。人们陆续发现了Bi₂Te₃、 PbTe、SiGe等高优值的温差发电材料，又由于当时两极形式的国际环境下，苏美双方展开包括军事科技在内的多方面国力竞争，促使温差发电得到了飞速的发展。其结果是到了60年代末期，苏联就已经完成了千逾个温差发电器，输出功率大多在100w以内，寿命达到10年以上。这些温差发电器大多被应用在航空、航天、航海等领域，效果斐然。美国自然不会落后1977年，他们发明并用以进行太空探测的RTG温差发电器，功率已可高达近160W，随后到了80年代初，又有大量高功率温差发电器被用军事，甚至大批次的成为部队武装。除了军事竞争的原因，由于环境污染和能源短缺的缘故，温差发电的研究越来越被各个国家所重视，很多国家甚至已将其列于长期国策当中。比如日本就通过废污燃烧来回收能源，并以此为课题在国内大范围展开，它主要利用的是焚烧固体废物产生的热能，通过温差发电器将其转化为电能并予以收集。这既达到了保护环境的目的又使废物得到高效率的回收利用。21世纪初，美国开始大规模资助各高校在温差发电及高优值温差发电材料方面的研究工作，重点是低品位的

工业废热利用。

较之于国外，我们对于温差发电材料的研究开始时间较晚，速度也比较缓慢。最早是在70年代末，中国科学研开始着手温差发电材料的研究，并计划用于红外线探测仪等小型电子设备的研发商，但因技术所限，大多局限于几种传统材料上，并没有实现什么质的突破。

在汽车领域，我们和国外也具有不小的差距。虽然温差发电装置的研制略有成果，但是无法达到标准化、系统化。另外由于温差发电材料的开发和研究比较落后，实验结果效率较低，所以还不能真正的进行整车研发或者投入生产。故而相比于国外，我们任重而道远。由以上的发展现状可以看出，虽然温差发电装置的研制已小有成就，但是还仅仅处于初期阶段，尤其式和国外相比，我们的劣势更为明显，主要是由于高性能热电材料的开发以及如何提高温差发电器的效能。在这方面，国内的最高效率也仅仅不足百分之二十。功率也不在1000w，所以很难系统化、标准化的装配到汽车上，更无法取代已有的车辆发电方式。所以靠温差发电来实现能源回收利用还有很长很长的一段路要走。