[发明专利]一种温差发电系统电动势计算方法

权利要求书

1.一种温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：具体包括如下几个步骤：

步骤一，根据热力学定律，温差发电系统的热电材料的特点和电路定律，导出由片半导体元件串联构成的温差发电系统数学模型，数学模型是由式(1-1)~(1-6)组成的方程组所示：

(1-1)

(1-2)

(1-3)

(1-4)

(1-5)

(1-6)

其中，和分别为每单位时间发电器从高温热源吸取和放给低温热源的能量，和分别为高、低温热源的温度，和分别为热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导；当半导体通过电流时，会产生焦耳热流流量，这里近似认为，则焦耳热流向两端各传导一半；其中，为片串联半导体元件的总等效电阻，，，，和，，分别是P型和N型半导体元件的电阻率，长度和面积；其中为片串联半导体元件的热导，，和分别是P型和N型半导体元件的热导率；为发电系统产生的电动势，为发电系统回路中的电流，为负载电阻；

步骤二，根据实际温差发电系统工作环境，首先对方程组的式(1-1)和(1-2)中，热源与热端和冷源与冷端的总等效传热热导和 进行等效；其次对热端和冷端的热电平衡方程式(1-3)和(1-4)的修正；

步骤三，根据热源提供能量的不同，确定符合实际情况的热源等效形式是等效为热端温度恒定还是热端热流量恒定的形式；

步骤四，选取温差发电系统的迭代变量，根据热源等效形式，确定数值计算的初始值，并对温差发电系统数学模型进行离散化处理，得出相应的迭代次序；

步骤五，确定温差发电系统的迭代收敛条件；

步骤六，通过数值求解的方法得到温差发电系统热冷端的温差，进一步得到温差发电系统提供的电动势。

2.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤一中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型，如果实际系统不能近似认为当成立时，方程组的式(1-3)和(1-4)中，向热、冷端传导的焦耳热流量需替换为和，其中，

(1-3)

(1-4) 。

3.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤一中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型，如果实际系统需加入系统的接触电阻影响时，方程组中的式(1-3)和(1-4)需加入热、冷端的接触电阻和，在热冷端引起的焦耳热流量需替换为和，可替换为

(1-3)

(1-4) 。

4.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤一中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型，如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间对流换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的对流换热流量，其中，和L为分别为冷热端面的对流系数和温差发电模块热冷端间隙处面积和长度，式(1-3)和 (1-4)可替换为

(1-3)

(1-4)。

5.根据权利要求1所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤一中所述针对实际温差发电系统工作环境，建立符合实际的温差发电系统的数学模型,如果实际系统需考虑温差发电系统的冷热端之间辐射换热时，方程组1中的式(1-3)和(1-4)需加入冷热端的辐射换热流量，其中和分别为温差发电半导体的光谱发射率和玻耳兹曼常数（黑体辐射常数），式(1-3)和(1-4)可替换为

(1-3)

(1-4)。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：步骤二中所述符合实际的热源等效形式是针对热源提供能量的特点，确定热源是等效为热端温度恒定还是热端热流量恒定的形式，如果热源是等效为热端温度恒定，则需获取系统的热端温度和冷端温度，来作为方程组的已知量；如果热源等效为热端热流量恒定，则需获取系统的热端热流量和冷端温度，作为方程组的已知量。

7.根据权利要求6所述的温差发电系统电动势计算方法，其特征在于：所述的步骤三具体如下：选取温差发电系统的迭代变量为冷热端温度，以开路时刻温差发电系统冷热端的温度值作为初始值，系统回路闭合后，考虑系统的热电耦合影响，得到离散后的迭代方程。