动态高热流密度对太阳能热电系统翘曲的影响机理研究

太阳能热电发电装置是一种节能环保的新能源利用技术，具有十分广阔的应用前景，目前是国际上的研究热点。但施加于集热表面的动态高热流密度容易使集热表面与热端基板之间产生翘曲现象，从而显著降低发电模块的总体性能，国内外尚无相关研究报道。基于此，本项目以太阳能热电发电装置在工程应用中的封装与可靠性问题为背景，研究两个主要科学问题：动态高热流密度对太阳能热电发电装置产生翘曲现象的影响机制；翘曲对热电模块接触热阻和发电效率的耦合影响机制与定量分析。建立热、电、热应力、流动与传热、变物性参数的耦合数学模型，分析动态高热流密度、环境对太阳能热电装置翘曲的影响机理，建立翘曲、接触热阻和发电效率的耦合数学模型，定量分析三者之间的相互影响关系，阐述这一相互影响的物理机制；进一步开展产生翘曲的可靠性实验，比对和验证理论分析结果，改进耦合数学模型，探索新的封装工艺和方法，为太阳能热电发电装置的封装和设计提供理论依据。

本研究结合数学分析、实验和数值模拟方法，主要探索了热端非均匀热流对热电模块发电影响数值模拟分析，热电模块结构对模块内热应力分布的影响数值模拟分析，热端非均匀热流对热电模块热应力影响数值模拟分析，热端非均匀温度分布热电模块的实验和数值模拟研究，太阳能热电发电及菲涅尔透镜设计与分析。得到了改进热电模块发电效率和工作环境的方法，验证了热端温度分布对热电模块内应力分析的影响大小，比较分析了不同的菲涅尔透镜设计。