1．目的及意义
1、课题的背景：
从18世纪下半叶工业革命开始，随着社会的发展和人类对物质文明的追求，以及世界人口的增长和消费需求的扩大，人类对能源的需求越来越大。目前自然中蕴藏的化石能源（石油、天然气和煤炭）随着人类的持续开采，越来越少。工业革命将人类的贪婪性和对地球环境的破坏表现得淋漓精致，人类在寻找、开发和消耗地球能源的方式越来越野蛮，对地球造成了不可扭转的大破坏，引起了一系列的棘手问题，甚至引起了全球环境的大变动，比如，温室效应,由于各国政要的意见不一致，致使温室效应没有得到很好的遏制，冰山融化，海平面上升，一些生物种群灭绝。近年来的地震、雾霾、酸雨、火山爆发等。
因此解决环境和能源问题是21世纪可不容缓的任务。
2、课题的意义：
工业文明的发展和社会的发展都必须有充足的能源作为保障，为缓解近年来的能源危机，各个国家出台了一系列措施。比较典型的措施是：1、调整化石能源结构，提高能源利用效率,限制甚至禁止一些能源的开发。保证社会和谐、可持续发展。2、开发利用新能源,主要是可再生能源，这些能源具有清洁、无污染、可以循环利用等特点备受各国欢迎。与此同时，一些发达国家还开展了废物回收利用及废物发电技术。如日本的“固体废物燃烧能源回收研究计划”提到将在垃圾焚烧炉上装上热电器件发电既解决了垃圾问题，同时利用了垃圾焚烧的热量,做到了废热利用。暨太阳能利用以后，目前各国废热利用成为一个新的再生能源利用热潮。废热主要是工农业生产中产生的,以及自然界中没有被利用的热源都统称为废热。主要有地热、海洋热、船舶余热、工业废热。
常见的几类废热有工业废热、地热、太阳能等，它们的温度分别是工业废热小于500K，地热小于450k，太阳能小于，它们的温度逐渐降低，使得最具环保价值的太阳能成为废热浪费掉了。从前面温度分布可知，废热温度很低，验证了前面提到的废热的特点，目前还没有成熟的技术将这类废热得到广泛利用，这些废热投资小或无初投资，如能合理利用将缓解甚至解决日益严重的能源问题及环境危机，在为保护人类环境、开发利用可再生能源方面突破瓶颈，打开局面结合目前的研究情况来看，温差发电在这方面显示出了优越性，是将此类能源直接转换为可以直接利用的二次能—电能的有效途径之一。
半导体温差发电机(ThermoEleetricGenerator)是利用塞贝克效应将热能直接转换为电能的装置,目前关于温差电的研究已成为一个热点问题
3、热电发电研究现状
1821年，德国物理学家塞贝克发现了温差电流现象，即由两种不同金属构成的回路中，如果结点处的温度不同，回路中就会产生一个温差电动势，这就是著名的塞贝克效应。13年后，法国科学家帕尔贴又发现了塞贝克效应的反效应———帕尔贴效应，即当电流通过由两种不同金属构成的回路时，结点处会产生吸热或放热现象。基于这两种物理现象，随后人们进行了金属材料热电发电的探索性研究。但是由于当时金属材料的热电性能较差，致使发电装置的能量转换效率很低，实用价值受到极大的局限性。因此，100多年间，除了将金属热电偶应用于温度测量以外，对于热电发电的研究并没有大的突破。
从20世纪30年代开始，杰出的苏联物理学家约飞最早提出采用半导体材料作为温差电换能材料，特别是首先提出的固熔体合金的概念，为热电发电技术的实际应用奠定了理论与技术基础。
热电发电器按热端工作温度可分为高温(700℃以上)、中温(400～700℃)和低温(400℃以下)发电器。高温发电器所用的换能材料主要有锗硅合金、硅铁合金等;中温发电器所用的材料主要是碲化铅及其合金;低温发电器所用的材料主要是碲化铋及其合金。热电发电器按照所使用的热源不同可分为:(1)放射性同位素热电发电器,它是将放射性同位素(如钚-238,锶-90,钋-210等)的衰变热直接转换成电能;(2)烃燃料热电发电器,主要包括使用天然气、液化石油气、水煤气等气体燃料发电器和使用煤油、汽油等液体燃料发电器;(3)余热热电发电器,将各种形式可以利用的余热直接转变为电能。热电发电器按结构形式又可分为块体热电发电器和微型热电发电器。
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2. 研究的基本内容与方案

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1、基本内容及目标

（1）采用ANSYS有限元软件，建立多偶热电器件有限元分析APDL参数化模型；

（2）根据热电器件基本结构，建立其二次开发模型；
（3）分析热电器件的结构尺寸对功率输出、最大效率及器件内温度分布
2、技术方案与措施
（1）为了便于热电发电器结构的优化设计，使用ANSYS参数化设计语言即APDL编写了参数化模型。APDL 是一种功能强大的专用描述性、解释性语言，可提供一般程序语言的功能，如参数、宏、标量、向量及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANSYS有限元数据库等，可以用if-then-else分支结构和do循环及用户指今生成执行一系列任务的宏，因此在同种问题多次建模的过程中具有广泛的应用。
本次建模使用APDL，首先建立所要设计的热电发电器结构参数的结构关系，然后利用 if-then-else分支结构分别建立多偶热电器件有限元分析APDL参数化模型
（2）根据APDL参数化模型的基本结构，运用于烟囱预热，进行二次开发。首先，从稳态的热传导方程出发，对烟囱管道进行了热力学分析，建立了烟囱管道分析模型，确定了烟囱管道边界条件，应用ANSYS计算了烟囱管道温度场分布情况；为烟囱余热热电发电奠定了基础。其次，在热电单P一结分析模型的基础上，运用ANSYS软件建立了热电器件的实际模型，按照其实际工作状态施加了边界条件,得出了模型的温度场和电势场的分布规律以及热电器件的回路电流、输出功率和热电效率。并对不同热端温度的情况进行了计算,得出了热电性能参数随烟气温度的变化规律。最后，建立了烟囱余热发电几何模型,并对模型进行了简化,确定了烟气余热发电边界条件，建立了烟气余热发电有限元模型，对烟气余热发电性能进行了分析，计算出了烟气余热总发电量。还分析了余热发电经济性，得出了热电发电技术经济性可行性方案。
3. 参考文献
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