ansys仿真溫差發(fā)電
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys仿真溫差發(fā)電的實(shí)例教程
塞貝克效應(yīng)的成因可以簡(jiǎn)單解釋為在溫度梯度下導(dǎo)體內(nèi)的載流子從熱端向冷端運(yùn)動(dòng)，并在冷端堆積，從而在材料內(nèi)部形成電勢(shì)差，同時(shí)在該電勢(shì)差作用下產(chǎn)生一個(gè)反向電荷流，當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)的電荷流與內(nèi)部電場(chǎng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，半導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定的溫差電動(dòng)勢(shì)。半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)較大，可用作溫差發(fā)電器。
產(chǎn)生Seebeck效應(yīng)的主要原因是熱端的載流子往冷端擴(kuò)散的結(jié)果。例如p型半導(dǎo)體，由于其熱端空穴的濃度較高，則空穴便從高溫端向低溫端擴(kuò)散；在開(kāi)路情況下，就在p型半導(dǎo)體的兩端形成空間電荷（熱端有負(fù)電荷，冷端有正電荷），同時(shí)在半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場(chǎng)；當(dāng)擴(kuò)散作用與電場(chǎng)的漂移作用相互抵消時(shí)，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在半導(dǎo)體的兩端就出現(xiàn)了由于溫度梯度所引起的電動(dòng)勢(shì)——溫差電動(dòng)勢(shì)。自然，n型半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)的方向是從低溫端指向高溫端（Seebeck系數(shù)為負(fù)），相反，p型半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)的方向是高溫端指向低溫端（Seebeck系數(shù)為正），因此利用溫差電動(dòng)勢(shì)的方向即可判斷半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型。可見(jiàn)，在有溫度差的半導(dǎo)體中，即存在電場(chǎng)，因此這時(shí)半導(dǎo)體的能帶是傾斜的，并且其中的Fermi能級(jí)也是傾斜的；兩端Fermi能級(jí)的差就等于溫差電動(dòng)勢(shì)。
本模型是一個(gè)環(huán)狀的PN節(jié)陣列結(jié)構(gòu)，內(nèi)外管壁保持一定溫差。通過(guò)熱電效應(yīng)產(chǎn)生電流，具體見(jiàn)動(dòng)圖所示。
整體模型
內(nèi)部的PN結(jié)布置
PN結(jié)截面圖
以下是平面TEC在不同內(nèi)外溫差下 ，輸出功率和輸出電壓變化曲線、COP曲線等等。
開(kāi)路電壓，總阻值，輸出功率等曲線圖趨勢(shì)展示。
COP曲線：
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應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的發(fā)電機(jī)在工作時(shí)會(huì)受到多種復(fù)雜惡劣的環(huán)境的影響，同時(shí)發(fā)電機(jī)輸出性能與電源變換器之間的控制策略密切相關(guān)，利用Ansys Twin Builder 平臺(tái)搭建發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在各類(lèi)復(fù)雜工況下進(jìn)行預(yù)先評(píng)估，可以有效提高發(fā)電機(jī)系統(tǒng)研制成功率和可靠性。
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楊都 | 貴州航天林泉電機(jī) 研發(fā)工程師
畢業(yè)于沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電機(jī)與電器專(zhuān)業(yè)。主要研究方向?yàn)楹娇蘸教祛I(lǐng)域的特種電機(jī)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制一體化場(chǎng)路協(xié)同仿真、結(jié)構(gòu)場(chǎng)耦合仿真等，精通Ansys Maxwell、Twin Builder、Workbench、MortorCAD、MATLAB/simulink等軟件，擁有多個(gè)航空航天領(lǐng)域的永磁同步起發(fā)電機(jī)、無(wú)刷直流起動(dòng)電機(jī)、直流有刷起發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻起發(fā)電機(jī)、三級(jí)式起發(fā)電機(jī)項(xiàng)目研制經(jīng)驗(yàn)。
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